December 2022

Лаборатория «Квантовая инженерия света» создана в 2022 году, при финансировании грантом Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных организациях высшего образования, научных учреждениях и государственные научные центры Российской Федерации (постановление Правительства РФ от 09.04.2010 N 220). Лаборатория занимается исследованиями гибридных квантовых состояний света в задачах квантовой обработки информации, разработкой алгоритмов и протоколов на основе квантовых состояний света для выполнения квантовых вычислительных операций, стойких к потерям и моделированием и экспериментальной реализацией оптимальных квантово-оптических схем с негауссовыми состояниями света в области квантовых вычислений и метрологии. В лаборатории также ведутся экспериментальные исследования по сетевым квантовым коммуникациям и разработкам нового семейства квантовых фотометрических эталонов. Руководитель Кулик Сергей Павлович д.ф.-м.н., профессор, научный руководитель Центра квантовых технологий МГУ им. М.В. Ломоносова, h-индекс: 30 Подошведов Сергей Анатольевич д.ф.-м.н., профессор ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)», h-индекс: 11 Мегагрант под руководством молодых перспективных исследователей: ИК-метрология на основе квантовой интерферометрии (2024–2025 гг.) Руководитель: Патерова Анна Владимировна Ученая степень: PhD h-индекс: 10 Область наук: Физика и науки о космосе   Цель проекта: Преодоление ограничений традиционных методов ИК-спектроскопии, связанных с высоким фоновым шумом ИК-детекторов, необходимости их охлаждения для увеличения отношения сигнал/шум, низкой чувствительностью и высокой стоимостью за счет технологии квантовой интерферометрии.    Задачи проекта: 1. Расчет дизайна и режимов генерации спонтанного параметрического рассеяния (СПР) в новых нелинейных кристаллах. 2. Сборка и отладка экспериментальной установки для наблюдения СПР в широком диапазоне длин волн. 3. Разработка и реализация технологии квантовой микроскопии в среднем ИК-диапазоне спектра. Планируемые результаты: 1. Дизайн нового поколения нелинейных кристаллов для генерации пар фотонов СПР в среднем ИК-диапазоне. 2. Расчет и эксперименты по наблюдению различных режимов генерации пар фотонов в новых нелинейных кристаллах. 3. Разработка и реализация технологии квантовой микроскопии/интерферометрии в среднем ИК-диапазоне спектра. 4. Научные статьи в российских и зарубежных тематических рецензируемых изданиях с результатами выполненных расчетов и проведенных экспериментов. 5. Заявки на получение двух патентов по квантовой микроскопии/интерферометрии в дальнем ИК-диапазоне. Сотрудники Всего 30 человек, из них: 6 докторов наук, 10 кандидатов наук, 5 аспирантов, 5 студентов. Ключевые исполнители: Подошведов Сергей Анатольевич, доктор физико-математических наук; Алоджанц Александр Павлович, доктор физико-математических наук; Голубева Татьяна Юрьевна, доктор физико-математических наук; Чигринов Владимир Григорьевич, доктор физико-математических наук; Бескачко Валерий Петрович, доктор физико-математических наук; Калинкин Александр Александрович, кандидат физико-математических наук; Авосопянц Грант Владимирович, кандидат физико-математических наук; Борщевская Надежда Владимировна, кандидат физико-математических наук; Куц Дмитрий Анатольевич, кандидат физико-математических наук. Работы и результаты Научные: Обосновано использование оптических состояний в протоколах квантовых вычислений; Предложен новый алгоритм генерации состояний кота Шредингера с большой амплитудой (более 5) и высоким качеством (более 99%). В эксперименте предполагается использовать в качестве основного ресурса одномодовый сжатый вакуум: это состояние подается на вход последовательно расположенных светоделителей, которые перенаправляют фотоны в детекторы, обладающие способностью разрешать число упавших на них фотонов. Выработанная стратегия вычитания до 20 фотонов из начального состояния одномодового сжатого вакуума в схеме с двумя светоделителями достаточна для достижения достаточно высоких значений точности и вероятности успешной регистрации состояний кота Шредингера даже с двумя неэффективными детекторами. Образовательные: Подготовлена и запущена Программа повышения квалификации «Квантовые технологии»; Подготовлена Программа подготовки бакалавров в ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)»; Регулярно проводился научный Семинар лаборатории; Студенты и аспиранты лаборатории приняли участие в 5-ой Международной Школе по квантовым технологиям (Сочи, Хоста) по направлению «Квантовые технологии: квантовые вычисления, квантовая связь и квантовые сенсоры»; Студенты лаборатории приняли участие в 6-ой Международной Школе по квантовым технологиям (г. Миасс) по направлению «Квантовые технологии: квантовые вычисления, квантовая связь и квантовые сенсоры»; Разрабатывается магистерская программа «Квантовая инженерия»; Обучение в Квантовом центре МГУ прошли 4 сотрудника лаборатории; Международная Школа по квантовым технологиям в Челябинской области – февраль 2023 год. Инфраструктурные: Определен облик лаборатории мирового уровня для квантовых измерений, квантовой связи и изучения квантовой метрологии. Публикации Tsarev D. V., Ansimov D. V., Podoshvedov S. A., Alodjants A. P. Schrödinger cat state formation in small bosonic Josephson junctions at finite temperatures and dissipation // Laser Physics Letters – 2022 – Volume 19, Number 12. DOI: 10.1088/1612-202X/ac99e2 Kuts D.A., Podoshvedov M.S., Ba An Nguyen, Podoshvedov S.A. Realistic conversion of single-mode squeezed vacuum state to large-amplitude high-fidelity Schrödinger cat states by inefficient photon number resolving detection //Physica Scripta – 2022 – Volume 97, Number 11. DOI: 10.1088/1402-4896/ac955f Madhu A.K., Melnikov A.A., Fedichkin L.E., Alodjants A.P., Lee R.K. Quantum walk processes in quantum devices // Heliyon – 2023 – Volume 9, Issue 3. DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e13416 Podoshvedov M.S., Podoshvedov S.A., Kulik S.P. Algorithm of quantum engineering of large-amplitude high-fidelity cat states in setup with k beam splitters and with inefficient photon number resolving detection // Scientific Reports - 2023 -  Volume 13, Article number: 3965. DOI: 10.1038/s41598-023-30218-6 Moiseev S.A.,  Minnegaliev M.M., Moiseev E.S., Gerasimov K.I., Pavlov A.V., Rupasov T.A., Skryabin N.N., Kalinkin A.A., Kulik S.P. Pulse-area theorem in a single-mode waveguide and its application to photon echo and optical memory in Tm3+: Y3Al5O12        //  Physical Review A - 2023 -  Volume 107. DOI: 10.1103/PhysRevA.107.043708 M.S. Podoshvedov, S.A. Podoshvedov, S.P. Kulik. Algorithm of quantum engineering of largeamplitude highfdelity Schrödinger cat states // Scientific Reports – 2023 – Volume 13, Article number: 3965. DOI: 10.48550/arXiv.2212.08827 E.R. Zinatullin, S.B. Korolev, T.Yu. Golubeva. Teleportation protocols with non-Gaussian operations: Conditional photon subtraction versus cubic phase gate // PHYSICAL REVIEW A – 2023 – Volume 107. DOI: 10.1103/PhysRevA.107.022422 D.A. Kuts, V.L. Ushakov, E.V. Mikheev and B.A. Nguyen. Expanding possibilities for quantum state engineering // Laser Physics Letters – 2023 – Volume 20, Number 9. DOI: 10.1088/1612-202X/ace0ae E.N. Bashmakova, S.B. Korolev, T.Yu. Golubeva. Effect of entanglement in the generalized photon subtraction scheme // Laser Physics Letters – 2023 – Volume 20, Number 11. DOI: 10.1088/1612-202X/acf921 D. Tsarev, S. Osipov, Ray-Kuang Lee, S. Kulik, A. Alodjants. Quantum sensor network metrology with bright solitons // PHYSICAL REVIEW A – 2023 – Volume 108. DOI: 10.1103/PhysRevA.108.062612 N.V. Maletin, V.V. Dremov, I.I. Klebanov. On the possibility of using quantum annealers to solve problems of computational materials science // Laser Physics Letters – 2023 – Volume 20, Number 11. DOI: 10.1088/1612-202X/acfd8e D.A. KUTS, NGUYEN BA AN2, S.A. PODOSHVEDOV. Controllable shaping of CV–DV entanglement between CV states of certain parity and delocalized photon // Pramana – 2023 – Volume 97, article number 147. DOI: 10.1007/s12043-023-02622-0 R. Abramov, L. Fedichkin, D. Tsarev · A. Alodjants. High-dimensional graphs convolution for quantum walks photonic applications // Quantum Information Processing. Volume 23, article number 175, (2024). https://doi.org/10.1007/s11128-024-04351-8 A.P. Alodjants, D.V. Tsareva, S.V. Osipovc, M.S. Podoshvedov, and S.P. Kulik. Multiparameter Quantum Metrology with Bright Solitons // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2024, Vol. 88, No. 6, pp. 815–821. DOI: 10.1134/S1062873824706676. A.P. Alodjants, D.V. Tsarev, D A. Kuts, S.A. Podoshvedov, S P. Kulik. Quantum optical metrology // Physics–Uspekhi, 2024, Volume 67. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNe.2024.01.039634. S.B. Korolev, E.N. Bashmakova, A.K. Tagantsev, T.Yu. Golubeva. Generation of squeezed Fock states by measurement // PHYSICAL REVIEW A, 109. DOI: 10.1103/PhysRevA.109.052428 G.V. Avosopiants, K.G. Katamadze, N.A. Borshchevskaia, Yu.I. Bogdanov, S.P. Kulik. Quantum tomography of a photon-number-resolving detector based on continuous time multiplexing: memory effect // Laser Physics Letters Volume 21, Number 9. https://doi.org/10.1088/1612-202X/ad6e69 N.V. Maletin, A.M. Eremenko, D.V. Minaev. An algorithm for solving a 1D seismic data inversion problem on quantum or digital annealers in the presence of a priori information on layer parameters specified by arbitrary functions // Laser Physics Letters Volume 22, Number 1. https://doi.org/10.1088/1612-202X/ad914c E.A. Vashukevich. T.Yu. Golubeva. Parallel two-qubit entangling gates via a quantum nondemolition interaction controlled by rotation // PHYSICAL REVIEW A, 110. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.110.032616 A.S. Sabanin and A.V. Paterova. Prospects of using novel nonlinear crystals in SU(1,1) interferometry // Laser Physics Letters, Volume 22, Number 1. https://doi.org/10.1088/1612-202X/ad97b2   Конференции: Осенняя школа Института Эйлера по квантовым алгоритмам (05.12.2022 г. – 12.12.2022 г.) -http://quanteuler.tilda.ws/#rec503283841. Организаторы: Санкт-Петербургский государственный университет, Математический институт имени В. А. Стеклова РАН и ПАО «Газпром нефть», при финансовой поддержке Минобрнауки России. Международная научная конференция «Нелинейные волны 2022» (7.11.2022 г. - 13.11.2022 г.) - https://nonlinearwaves.ipfran.ru/. Организаторы: Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород (ИПФ РАН), Нижегородский государствен-ный университет им. Н.И. Лобачевского (ННГУ). Конференция «Цифровые технологии в добыче углеводородов» (03.10.2022 г. – 07.10.2022 г.) - https://events.rn.digital/conf/ct2022/schedule. Организаторы: ООО «РН-БашНИПИнефть». VI International Conference on Ultrafast Optical Science UltrafastLight-2022 (03.10.2022 г. – 07.10.2022 г.) - https://ultrafastlight.ru/. Организаторы: Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН. 5th International School on Quantum Technologies (02.10.2022 г. – 08.10.2022 г.) – http://qutes.org/portfolio/qts-2022. Организаторы: МГУ им. Ломоносова. Международная научная конференция «Суперкомпьютерные дни в России» (23.09.2022 г. – 26.09.2022 г.) - https://russianscdays.org/agenda/keynote. Организаторы: МГУ имени М.В. Ломоносова, Российская академия наук, Московский Центр фундаментальной и прикладной математики, Суперкомпьютерный консорциум университетов России. V Международная конференция «Наука будущего» и VIII Всероссийский молодежный научный форум «Наука будущего – наука молодых» (20.09.2023 г. – 23.09.2023 г.) - https://sfy-conf.ru/. Организаторы: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации. III Конгресс молодых ученых (28.11.2023 г. – 30.11.2023 г.) - https://xn--c1aenmeoia.xn--80aa3ak5a.xn--p1ai/program/. Организаторы: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Координационный совет по делам молодежи в научной и образовательно й сферах, Фонд Росконгресс, Оператор Десятиления науки и технологий в России. 15-я Международная конференция «Микро- и наноэлектроника – 2023» (02.10.2023 г. – 04.10.2023 г.) - https://icmne.ftian.ru/glavnaja-russkij/ Организаторы: ФТИАН им. К.А. Валиева РАН. I Самарцевские Чтения (ФЭКС/IWQO2023) (18.09.2023 г. – 22.09.2023 г.) - http://pecs.su/. Организаторы: Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук» и Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН совместно с Московским педагогически м государственным университетом и Казанским (Приволжским) федеральным университетом. Научно-практическая конференция «Военная связь будущего. Квантовый скачок как неизбежность» (10.11.2023 г. – 11.11.2023 г.) - https://et.spbstu.ru/conferences/voyennaya_svyaz_budushchego/. Организаторы: Федеральное государственно е казенное военное образовательно е учреждение высшего образования «Военная орденов Жукова и Ленина Краснознаменная академия связи им. Маршала Советского Союза С. М. Буденного» Министерства обороны Российской Федерации. XXI Всероссийская молодежная Самарская конкурс-конференция по оптике, лазерной физике и физике плазмы (14.11.2023 г. – 18.11.2023 г.) - https://laser-optics.ru/. Организаторы: Самарский филиал ФИАН и Самарский университет. IX Всероссийский молодежный научный форум «Наука будущего – наука молодых» (29.10.2024 г. – 01.11.2024 г.) – https://sfy-conf.ru/. Организаторы: Министерство науки и высшего образования РФ. IV Конгресс молодых ученых (27.11.2024 г. – 29.11.2024 г.) – https://конгресс.наука.рф/. Организаторы: Фонд Росконгресс при поддержке Министерства науки и высшего образования России, Координационного совета по делам молодежи в научной и образовательной сферах Совета при Президенте России по науке и образованию. 31st international conference Advanced Laser Technologies (ALT 2024) (23.09.2024 г. – 27.09.2024 г.) – https://altconference.org/conference-venue-24. Организаторы: ИОФ РАН, Отделение физических наук Российской академии наук, Академия наук Республики Татарстан, ФИЦ КазНЦ РАН, КФТИ КазНЦ РАН, Институт спектроскопии Российской академии наук, Центр лазерной технологии и материаловедения, МГУ им. М.В. Ломоносова, НИЯУ МИФИ. ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ «МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ФОТОНИКИ-2024» (18.06.2024 г. – 20.06.2024 г.) – https://www.vniiofi.ru/news-list/news-20240301-01.html. Организаторы: ФГБУ «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений» (ФГБУ «ВНИИОФИ») при поддержке Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). XII Семинар Д.Н. Клышко (23.10.2024 г. – 25.10.2024 г.) – https://www.susu.ru/ru/news/2024/07/23/priglashaem-prinyat-uchastie-v-hii-seminare-d-n-klyshko. Организаторы: ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)», МГУ им. М.В. Ломоносов, Минобрнауки РФ. 7-я Международная школа по квантовым технологиям (25.02.2024 г. – 02.03.2024 г.) – http://qutes.org/. Организаторы: ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)», МГУ им. Ломоносова. Второй Всероссийский форум «Доверенные квантовые технологии и коммуникации. КВАНТ 2024» (30.01.2024 г.) – https://kvant.vipforum.ru/?roistat_visit=2160031. Организаторы: Академия Информационных Систем, при участии и поддержке Минцифры России, НИЦ АКРФ, АНО «Цифровая Экономика», ОАО «РЖД», ОАО «МАЦ» и НИТУ «МИСИС». Выставка-форум «Россия» (23.01.2024 г. – 28.01.2024 г.) – https://russia.znanierussia.ru/. Организаторы: Администрация Президента РФ, Правительство РФ, мэрия г. Москвы. VIII Научно-практическая конференция BalticPetroModel-2024 (04.09.2024 г. – 06.09.2024 г.) – https://www.gece.moscow/materials#rec797197994. Организаторы: ООО «ГеоЕвразия», ИФЗ РАН, МФТИ. Воркшоп «Математические проблемы квантовых информационных технологий» (27.05.2024 г. – 28.05.2024 г.) – https://indico.jinr.ru/event/4473/overview. Организаторы: ОИЯИ. Мероприятия: 1. Проведена VI Международная школа по квантовым технологиям (26.02.2023 г. – 04.03.2023 г.): http://qutes.org. Организаторы: МГУ имени М.В. Ломоносова, ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)», при информационной поддержке Минобрнауки РФ. 2. Организован Научно-практический семинар на тему «Квантовые технологии» (07.07.2023 г.). Организаторы: ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)». Источник: https://www.susu.ru/ru/news/2023/06/05/na-baze-proydet-nauchno-prakticheskiy-seminar-na-temu-kvantovye-tehnologii 3. Организован Научно-практический семинар на тему «Квантовые алгоритмы» (14.12.2023 г. – 15.12.2023 г.) Организаторы: ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)». Источник: https://www.susu.ru/ru/news/2023/11/18/v-sostoitsya-nauchno-prakticheskiy-seminar-na-temu-kvantovye-algoritmy 4. Проведена VII Международная школа по квантовым технологиям (25.02.2024 г. – 02.03.2024 г.): http://qutes.org. Организаторы: МГУ имени М.В. Ломоносова, ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)», при информационной поддержке Минобрнауки РФ. Источник: https://www.susu.ru/ru/news/2024/02/22/na-yuzhnom-urale-proydyot-7-ya-shkola-po-kvantovym-tehnologiyam-qts24 5. Проведена VII Международная школа по квантовым технологиям (25.02.2024 г. – 02.03.2024 г.) – http://qutes.org/. Организаторы: ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)», МГУ им. Ломоносова. 6. Организован XII Семинар Д.Н. Клышко (23.10.2024 г. – 25.10.2024 г.) – https://www.susu.ru/ru/news/2024/07/23/priglashaem-prinyat-uchastie-v-hii-seminare-d-n-klyshko. Организаторы: ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)», МГУ им. М.В. Ломоносов, Минобрнауки РФ. Оборудование: Оптический стол с системой виброизоляции (производитель: Daeil Systems); Детектор счета фотонов - COUNT-100N-FC (производитель: Thorlabs); Набор оптико-механического оборудования (оптические рельсы, поворотные столики, держатели оптики, лазерные зеркала, наборы линз и др.); Балансный фотодетектор - PDB450A (производитель: Thorlabs); Источником питания для устройств К/Т-Cube - TPS002 (производитель: Thorlabs); Система позиционирования - KPZNFL5/M (производитель: Thorlabs); Пространственный модулятор света - PLUTO-2.1-NIR-118 (производитель: Holoeye); 3D-принтеры закрытого (X-Max) и открытого (Ender) типов. Восьмиканальная система регистрации одиночных фотонов на основе сверхпроводниковых детекторов c разрешением числа фотонов и дополнительным оборудованием (РФ). Профилометр лазерного излучения - BEAMAGE-4M. Производитель: Gentec-EO (Канада). Цифровой осциллограф смешанных сигналов – RIGOL MSO8064. Производитель: RIGOL (Китайская Народная Республика). Источник бесперебойного питания переменного напряжения с двойным преобразованием. Сканирующий автокоррелятор с быстрой линией задержки AA-20DD-6PS (РФ). Оптический изолятор; Генератор сигналов; Измеритель мощности и энергии: цифровая панель управления с тонким кремниевым детектором; Фотодетектор мощности; Очиститель воздуха; Источник питания; Образовательный стенд для изучения базовых понятий и процессов в квантовой оптике и квантовой информатике на основе классической поляризации. Контакты: Подошведов Сергей Анатольевич, podoshvedovsa@susu.ru