qg.jpg
Herzen Seminar
 
What:  city seminar on quantum optics

Where: Department of Theoretical Physics and Astronomy,
               Herzen University,
               48, Moika Embankment, St. Petersburg 191186 Russia
               (the 1st building, the 4th floor, room #408)
               http://www.herzen.spb.ru/
               http://en-thphys-herzen.weebly.com
 
When:  on Wednesday from 4 p.m. till 6 p.m.

 

Nov 20, 2019
Speaker: 
А.В. Дуплинский (МФТИ)

Topic: Квантовое распределение ключа с высокочастотным поляризационным кодированием

Abstract: Создана новая оптическая схема квантового распределения ключа с поляризационным кодированием на основе волоконных фазовых модуляторов, отличающаяся от большинства схем поляризационного кодирования наличием только одного лазерного источника на стороне Алисы, а также только двух однофотонных детекторов на стороне Боба. С использованием реализованной оптической схемы создано устройство, предназначенное для работы со стандартными оптоволоконными линиями связи и испытанное в нескольких телекоммуникационных сетях.
Кроме того, предложена новая методика, позволяющая дать обобщающую оценку различимости световых импульсов в побочных степенях свободы излучения, потенциально компрометирующих систему распределения ключа. Методика предполагает выполнение измерений с анализируемой системой по схеме опыта Хонга-У-Манделя

 

Sep 25, 2019
Speaker: 
В.А. Пивоваров, Л.В. Герасимов, Д.В. Куприянов (Лаборатория  квантовой оптики и квантовой информатики ЦПИ СПбПУ)

Topic: Квантовый интерфейс между светом и одномерной атомной системой

 

Jun 05, 2019
Speaker: 
С.С. Страупе (МГУ)

Topic: Одиночные нейтральные атомы в оптических микроловушках сделает

 

May 29, 2019
Speaker: 
Е.А. Вашукевич

Topic: Хранение и преобразование орбитального углового момента на основе многомодовой квантовой памяти

 

May 22, 2019
Speaker: 
Н.Г. Веселкова

Topic: Нестационарные и релаксационные явления и эффект четырехволнового смешения в рамановской памяти на основе оптического резонатора (по материалам кандидатской диссертации).

 

Jan 23, 2019
Speaker: 
В.М. Порозова, Л.В. Герасимов, Д.В. Куприянов. (Центр квантовых технологий МГУ им. М.В. Ломоносова; Лаборатория квантовой оптики и квантовой информатики ЦПИ СПбПУ.)

Topic: Одиночный атом в оптической дипольной ловушке

Abstract: В докладе речь пойдет о приготовлении одиночного атома, захваченного «оптическим пинцетом» в основном состоянии потенциала дипольной ловушки. Цель пространственной локализации атома продиктована необходимостью перевести его в состояние максимально устойчивое по отношению к внешним воздействиям, и в дальнейшем использовать этот атом как элемент квантового регистра памяти, процессора и т.п. Атом изначально захвачен ловушкой с температурой существенно превышающей предел отдачи и находится в возбужденном колебательном состоянии. Ослабление колебаний можно обеспечить с помощью механизма рамановского охлаждения, который и будет разобран в докладе.

 

Nov 21, 2018
Speaker: Д.Н. Вавулин (ИТМО), А.А. Сухоруков

Topic: Генерация и распространение перепутанных фотонов в волоконных линиях связи

Abstract:

В представляемом докладе мы анализируем передачу одиночного фотона через квадратично нелинейный волновод при наличии линейных потерь и классической волны накачки, способствующей квантово-инжектированному оптическому параметрическому усилению (англ. QI-OPA). Мы выводим систему связанных уравнений типа Шрёдингера, описывающих процессы потерь фотонов и генерации фотонных триплетов, а также получаем их решение для определения квантового состояния фотонов на выходе.
Во второй части работы мы описываем генерацию пар фотонов, запутанных по орбитальному угловому моменту, путём спонтанного четырёхволнового смешения в круговых массивах волноводов с кубической нелинейностью. Мы показываем, что добавление закручивания вдоль массива волноводов может обеспечить устойчивую генерацию даже при наличии дефектов и неоднородностей.Приводятся аналитические результаты и результаты численного моделирования на основе уравнений связанных мод для классического поля накачки и дискретного уравнения Шрёдингера для бифтонной волновой функции.

 

Sept 12, 2018
Speaker: проф. Д.В. Куприянов (Лаборатория  квантовой оптики и квантовой информатики ЦПИ СПбПУ)

Topic: Дифракция Брэгга в атомных системах в условиях квантового вырождения

Abstract:

Рассеяние света на периодических атомных структурах обычно рассматривается с допущением классического описания распределения атомов в пространстве. В докладе будет показано, что в случае глубокого охлаждения, когда существенны эффекты квантового вырождения, возникают специфические условия для наблюдения дифракции Брэгга на осцилляциях параметра порядка. Будет проанализирована связь дифракционного рассеяния с представлением фотонного кристалла и с периодической пространственной модуляцией диэлектрической проницаемости среды.

Доклад основан на материалах обзора, готовящегося для журнала «Письма в ЖЭТФ»

 

Jun 13, 2018
Speaker: 
Prof. M.I. Kolobov, Universite Lille 1, French

Topic: Quantum temporal imaging

 

May 16, 2018
Speaker: В.М. Порозова, Л.В. Герасимов, Д.В. Куприянов

Topic: Рамановское охлаждение одиночного атома в оптической дипольной ловушке

Abstract: 

В представляемом докладе рассматривается протокол рамановского охлаждения (Raman sideband cooling), для одиночного атома, захваченного оптическим пинцетом. Атом является элементом квантового процессора и необходима его пространственная локализация в основном состоянии оптической дипольной ловушки.  Рассматривается трехмерная конфигурация, многоуровневая спиновая структура атома, и устанавливаются 

физические условия, необходимые для эффективной реализации протокола.

 

Mar 21, 2018
Speaker: Л.В. Герасимов, Д.В. Куприянов, В.М. Порозова

Topic: Рассеяние света одиночным атомом в оптической дипольной ловушке

Abstract: 

Будет представлен расчёт для задачи рассеяния импульса света на одиночном атоме, находящемся в оптической дипольной ловушке, в случае распространения сигнального излучения в параксиальной моде. Будет рассмотрено как фокусировка сигнального импульса, а также связывание оптическим дипольным потенциалом поступательного движения атома в основном состоянии, влияют на поглощение и рассеяние сигнального излучения атомом. Также обсуждается ресурс подобной системы, рассматриваемой в качестве основы для возможного протокола квантового

интерфейса. Данная работа проводится нашим коллективом в сотрудничестве с лабораторией Квантовой оптики и квантовых технологий МГУ под руководством С.П. Кулика.

 

Feb 07, 2018
Speaker: В. М. Порозова, Л. В. Герасимов, Д. В Куприянов

Topic: Light scattering from a quantum degenerate bosonic atomic gas

Abstract: 

We consider a quantum theory of elastic light scattering from a macroscopic atomic sample existing in the Bose-Einstein condensate (BEC) phase. Dynamics of the optical excitation induced by an incident photon is disturbed by presence of the incoherent scattering channels. For a sample of sufficient length the excitation transports as a polariton wave and the propagation Green’s function obeys the scattering equation which we derive. The polariton dynamics could be tracked in the outgoing channel of the scattered photon as we show via numerical solution of the scattering equation for one-dimensional geometry. The results are analyzed and compared with predictions of the conventional macroscopic Maxwell theory for light scattering from a non-degenerate atomic sample of the same density and same size.

 

Jan 10, 2018
Speaker: Денис Васильев (Innsbruck)

Topic: Квантовый сканирующий микроскоп для холодных атомов

Abstract: 

We describe a scanning microscope to monitor `live' the quantum dynamics of cold atoms in a Cavity QED setup. The microscope measures the atomic density with subwavelength resolution via dispersive couplings to a cavity and homodyne detection within the framework of continuous measurement theory. We analyze two modes of operation. First, for a fixed focal point the microscope records the wave packet dynamics of atoms with time resolution set by the cavity lifetime. Second, a spatial scan of the microscope acts to map out the spatial density of stationary quantum states. Remarkably, in the latter case, for a good cavity limit, the microscope becomes an effective quantum non-demolition device, such that the spatial distribution of motional eigenstates can be measured back-action free in single scans.

Nov 22, 2017
Speaker: П.А. Петров (Университет ИТМО, petrovpa.c86@gmail.com)

Topic: Изучение взаимодействия возбужденных атомов с поверхностью прозрачных диэлектрических материалов

Abstract:

В докладе представлены результаты исследования взаимодействия возбужденных атомов с поверхностью прозрачных диэлектриков. Исследование выполнено на примере модельной системы, состоящей из атомов рубидия, заключенных в вакуумную сверхтонкую оптическую ячейку (СТЯ) с сапфировыми окнами, а также с использованием времяпролётной методики в вакуумной сантиметровой оптической ячейке с сапфировым окном. Возбуждение атомов рубидия в СТЯ происходило в состояние 5D5/2, под действием излучения двух непрерывных полупроводниковых лазеров, настроенных на соответствующие атомные переходы. Была исследована зависимость интенсивности флуоресценции с оптически не возбуждаемого уровня 6P3/2 от толщины зазора и давления паров. Получено, что при малых давлениях насыщенного пара, зависимость интенсивности от толщины имеет показатель степени близкий к двойке. Получены спектры возбуждения флуоресценции с уровня 6P3/2 при резонансной и не резонансной настройке лазера на переходе 5S1/2 - 5P3/2. Благодаря малой толщине кюветы, столкновения атомов с поверхностью сапфировых окон кюветы происходят чаще, чем столкновения атомов между собой, что позволяет извлечь информацию о взаимодействии атомов с поверхностью твердого тела. Исследования по времяпролётной методике позволили определить глубину адсорбционного потенциала пары рубидий-сапфир. Определены условия перехода от фотодесорбции к тепловому процессу десорбции. Исследования зависимости кинетической энергии десорбированных атомов от длины волны десорбирующего излучения, привели к неожиданному результату: при увеличении энергии десорбирующего кванта средняя кинетическая энергия десорбированных атомов уменьшается. Обсуждаются возможные причины обнаруженного явления.

Oct 25, 2017
Speaker: А.С. Курапцев (СПб ГПУ)
 

Topic:  Кооперативный спонтанный распад в ансамбле точечных квазинеподвижных атомов и его влияние на радиационные свойства среды

Abstract: 

На основе последовательного квантового микроскопического подхода исследовано влияние межатомного диполь-дипольного взаимодействия на динамику спонтанного распада возбужденных атомных состояний в плотном атомном ансамбле. В качестве конкретных физических систем рассмотрены невырожденные холодные атомные газы, а также ансамбли точечных примесных центров в твердотельном диэлектрике. Показано, что в условиях рекуррентного рассеяния света в атомной среде динамика спонтанного распада отличается от случая изолированного атома. В атомном окружении динамика спонтанного распада описывается многоэкспоненциальным законом, что связано с сильной ролью межатомных корреляций. Это делает широко используемую модель сплошной среды неприменимой для рассматриваемых классов объектов. Установлен количественный критерий значимости диполь-дипольного взаимодействия в ансамблях примесных центров с большим неоднородным уширением.

Изучен кооперативный спонтанный распад в атомных системах, находящихся в резонаторе Фабри-Перо, а также расположенных вблизи проводящей поверхности. Исследованы особенности проявления кооперативных эффектов в таких условиях. В частности, в микрорезонаторе Фабри-Перо с расстоянием между зеркалами меньше половины длины волны, резонансной атомному переходу, диполь-дипольное взаимодействие делает возможным спонтанный распад с тех зеемановских подуровней, с которых одноатомный распад подавлен. 

Проанализирован ряд оптических свойств среды, которые существенно модифицируются межатомным диполь-дипольным взаимодействием. Рассчитано время пленения излучения в среде, комплексный показатель преломления и диэлектрическая проницаемость, проанализированы особенности переноса излучения в среде при облучении атомного ансамбля слабым когерентным монохроматическим светом.

Разработанный подход использован для теоретической интерпретации экспериментов по рассеянию слабого когерентного света на плотных невырожденных ансамблях холодных атомов, выполненных в группе M. D. Havey, Old Dominion University, Norfolk, VA, USA. 

Sep 27, 2017
Speaker:
А. Манухова​ 

(по материалам диссертационной работы, научный руководитель: д. ф.-м. н. Т. Ю. Голубева)

Topic:  Хранение и манипулирование квантовым излучением частотного комба

Abstract: В рамках доклада будет рассмотрен рамановский протокол квантовой памяти для хранения многомодового излучения оптического параметрического генератора с синхронной накачкой (SPOPO). Будет продемонстрирована возможность  преобразования формы такого излучения с сохранением его квантовой статистики. Будет рассмотрена возможность использования многомодового излучения SPOPO для построения кластерного состояния с помощью преобразования на ячейках квантовой памяти.

Sep 20, 2017
Speakers:

В.А. Пивоваров (Кафедра физики, Санкт-Петербургский академический университет,  С.-Петербург)

Д.В. Куприянов​ (Лаборатория квантовой оптики и квантовой информатики, СПбПУ, С.-Петербург)

Topic:  Функция Грина электромагнитного поля вблизи наноразмерного диэлектрического волновода

Abstract: Будет представлен методический материал, дополняющий наше сообщение, доложенное на семинаре в мае этого года. Излучение элементарного диполя в присутствии резонатора и волновода существенно отличается от излучения в свободном пространстве – эффект Пёрселла (Purcel). Взаимодействие с группой мод волновода, резонансных собственной частоте излучателя должно быть выделено и корректно учтено расчетом.

Прямолинейный взгляд на решение задачи, обозначенной в заглавии, предполагает использование разложений волнового уравнения по модам волновода, определяемых громоздкими комбинациями функций Бесселя. 

Нами рассматривается другая возможность – преобразование волнового уравнения к интегральной форме и построение приближенного решения, удовлетворительно воспроизводящего асимптотическое поведение функции Грина на радиальных расстояниях порядка обратного волнового числа  резонансной моды.

Jun 7, 2017
Speaker: А. Я. Казаков (ГУАП)

Topic: Kinetic Model of Stimulated Emission Created by Resonance Pumping of Aluminum Laser-Induced Plasma

Abstract: Stimulated emission (SE) observed experimentally in aluminum laser induced plasma is modeled via a kinetic approach. The SE at several cascade transitions is created by a pump laser guided through the plasma at several microseconds after its creation and tuned in resonance with the strong 3s23p-3s24s transition at 266 nm. A two-dimensional space-time collisional radiative plasma model explains the creation of the population inversion and lasing at wavelengths  and 396.1 nm. The population inversion for lasing at  is created by depopulation of the ground 3s23p state and population of the 3s25s state via the absorption of the resonant radiation at 266 nm.  The population inversion for lasing at 396.1 nm occurs during the laser pulse via the decay of the population of the pumped 3s25s state to the excited 3s24s state via cascade transitions driven optically and by collisions. Especially efficient are the mixing transitions between neighboring states separated by small gaps on the order of   at plasma temperatures of 5000-10000 K. The model predicts that the population inversion and corresponding gain may reach high values even at very moderate pump energy of several μJ per pulse. The efficiency of lasing at  and 396.1 nm is estimated to be ~3% and 0.05%, correspondingly with respect to the pump laser intensity. The gain for lasing at 396.1 nm can reach as high as ~40 cm-1. The model also explains phenomenologically the polarization effect that the pump radiation at 266 nm imposes on the SE at 396.1 nm. The calculated results are favorably compared to experimental data.

May 24, 2017
Speaker: Вячеслав Пивоваров (СПбГПУ)

Topic: Рассеяние света атомной цепочкой, расположенной вблизи наноразмерного диэлектрического волновода

Abstract: (по материалам работы коллектива авторов: V.A. Pivovarov, A.S. Sheremet, L.V. Gerasimov, J. Laurat, and D.V. Kupriyanov)

 

Dec 21, 2016
Speaker: Д. В. Куприянов (СПбГПУ)

Topic:  Mesoscopic coherence in light scattering from cold, optically dense and disordered atomic systems

Abstract: Сообщение будет посвящено обсуждению различных когерентных эффектов (с широкой трактовкой термина «когерентность» ~ «согласованность») в рассеяния света на атомах, наблюдавшихся в экспериментах, использующих технику лазерного охлаждения. Экспериментальные методы оптического контроля состояния холодных атомных ансамблей развиваются и совершенствуются столь стремительно, что возникает естественный интерес в развитии и совершенствованию теоретических подходов, необходимых для их описания.  

 

По материалам обзора:

 

Mesoscopic coherence in light scattering from cold, optically dense and disordered atomic systems

D.V. Kupriyanov, I.M. Sokolov, 

Department of Theoretical Physics, St.-Petersburg State Polytechnic University

195251, St.-Petersburg, Russia

M.D. Havey

Department of Physics, Old Dominion University, Norfolk, VA 23529

 

Coherent effects manifested in light scattering from cold, optically dense and disordered atomic systems are reviewed from a primarily theoretical point of view. Development of the basic theoretical tools is then elaborated through several physical atomic physics-based processes which have been at least partly explored experimentally. These include illustrations drawn from the coherent backscattering effect, random lasing in atomic gases, quantum memories and light-atoms interface assisted by the light trapping mechanism. Current understanding and challenges associated with the transition to high atomic densities and cooperativity in the scattering process is also discussed in some detail.

Dec 14, 2016
Speaker:
В. Макаров

(заведующий лаборатории квантового взлома в университете Ватерлоо, Канада,  http://www.vad1.com/lab/)

Topic:  Сможет ли квантовая физика снять проклятие с криптографии? (Can quantum physics break cryptography's curse?)

Abstract: Обзорный доклад по технологии квантовой криптографии и методам ее взлома через неидеальности оборудования. Будет обсуждаться мотивация развития квантовой криптографии, дано краткое введение для  инженеров, а также примеры практических атак и способов защиты.

Nov 16, 2016
Speaker:
Л. Герасимов, Д.В. Куприянов (Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого)

Topic: Когерентный контроль рассеяния света в неупорядоченных системах холодных атомов

Abstract: Доклад является продолжением нашего предыдущего сообщения по материалам диссертации. На основе разработанной и изложенной в нашем предыдущем докладе методики будут представлены результаты расчётов, для безрезонаторного лазера с рамановской накачкой, когда атомы активной среды распределены внутри упруго рассеивающей среды -  так называемого, «случайного лазера». Во второй части доклада будет рассмотрена возможность использования механизма пленения излучения для разработки и повышения эффективности систем квантовой памяти.

Oct 26, 2016
Speaker: 
В. Аверченко (Max Planck Institute for the Science of Light, Erlangen, Germany)

Topic: Shaping a single photon without interacting with it

 

June 01, 2016
Speaker: L. Gerasimov and D. V. Kupriyanov

Topic: Coherent control of light scattering in disordered systems of cold atoms

Abstract:

Будет представлен метод расчета трехмерной задачи распространения/пленения излучения в атомной среде, атомы которой находятся под воздействием управляющего поля, влияющего как на их квазиэнергетическую структуру, так и на процесс рассеяния. Будет описана методика расчета и  показано, как упругий канал рассеяния, исходно предполагающий только рэлеевское рассеяние на изолированном переходе, существенным образом модифицируется в результате «одевания» энергетической структуры атомов управляющим полем. Во второй части доклада нами будет рассмотрена задача о возможности создания в подобной среде безрезонаторного лазера с рамановской накачкой. Будут сформулированы условия для возможной реализации механизма, так называемого,  «случайного лазера», и авторы доклада постараются обсудить его перспективы как возможного источника «неклассического» света.

 

May 18, 2016
Speaker: к.ф.-м.н. Денис Васильев
Topic: Weak-coupling detection of nanomechanical energy quantization via interference of quantum emitters

Abstract:

The problem of detection of phonon jumps in a mechanical oscillator attracts a lot of interest in recent years. It was shown in [PRL 103, 100402 (2009)] thatthere is standard quantum limit for a class of systems with linear coupling ofmechanical modes to the external degrees of freedom. Namely, in order toresolve a single mechanical quantum, it requires a strong coupling regime —the decay rate of external degrees of freedom is smaller than the parametriccoupling rate. We propose to circumvent this limit by a quantum interferenceeffect that suppresses the decay of the idle mode and, therefore, reduces theback-action decoherence effect. We consider an optomechanical system whichinstead of radiation pressure uses electron-phonon interaction betweenquantum dots and flexural modes of the mechanics. Suspended carbonnanotubes are studied as a possible realization of the scheme.We obtained a necessary condition for a simple and robust way of detecting thephonon jumps based on low-pass filtering of the measured photocurrent. Thisapproach is much easier to implement for analysis of the experimental datacompared to the more sophisticated conditional state estimation usingstochastic master equation.

 

May 11, 2016
Speaker: И.И. Рыжов (СПбГУ)
Topic: Спектроскопия спиновых шумов полупроводниковыхнаноструктур (канд. дисс., научн. рук. В. С. Запасский)

 

March 23, 2016
Speaker: аспиратн 3-го года К. А. Баранцев
Topic: Перенос излучения с уширенным спектром в оптически плотном газе при резонансе когерентного пленения населенностей

Abstract: Исследуется распространение лазерного излучения, спектр которого имеет вид двух уширенных линий, в оптически плотном газе горячих атомов. Квазирезонансное излучение возбуждает в атомах газа переходы лямбда-типа, что делает возможным когерентное пленение населенностей атомов (при ненулевой степени корреляции) и обуславливает сильно нелинейные эффекты при поглощении. В работе проведен расчет распространения спектра и корреляций излучения в толще газа горячих атомов в модели сильных столкновений в полуклассическом приближении. Найдено, что степень корреляции мод излучения может возрастать при прохождении среды. Исследовано влияние ширины падающего спектра, когерентности и поляризации излучения, сверхтонкой и магнитной структуры уровней атомов на форму резонанса когерентного пленения населенностей.

 

March 9, 2016
Speaker: Aleksandr Losev
Topic: Manipulation of Light Pulses on Tripod Atomic Ensemble

 

February 10, 2016
Speaker:  Prof. Natalia Korolkova (University of St Andrews, Scotland)
Topic: Thermodynamic Light

 

 

December 23, 2015
Speaker:  Проф. Д.В. Куприянов (авторы А.С. Шеремет, Л.В. Герасимов, О.С. Мишина,

                   Д.В. Куприянов, Кафедра теоретической физики СПбГПУ)
Topic: Квантовый интерфейс между светом и атомами в присутствии нановолокна (продолжение)

 

 

December 9, 2015
Speaker:  Проф. Д.В. Куприянов (авторы А.С. Шеремет, Л.В. Герасимов, О.С. Мишина,

                   Д.В. Куприянов, Кафедра теоретической физики СПбГПУ)
Topic: Квантовый интерфейс между светом и атомами в присутствии нановолокна

Abstract: В работе пойдет речь о том, как меняются известные способы задержки, «остановки» света и его перепутывания с холодными атомами в случае, когда распространение света обеспечивается оптическим волокном споперечными размерами меньшими, чем длина волны излучения. На данномэтапе у нас есть общая схема расчета, который мы планируем провести внаправлении экспериментальных возможностей наших французских партнеров(J. Laurat, LKB). Есть самые предварительные результаты расчетов,которые также будут представлены.В действительности, нам бы хотелось показать и обсудить вквалифицированной аудитории саму схему расчета, использующую иобобщающую наш опыт решения квантовой задачи рассеяния в присутствиимакрообъекта (нановолокна - по сути открытого резонатора). Мы покажем,как микроскопический и макроскопический подходы могут бытьестественным образом интегрированы в схему вычисления $T$-матрицырассеяния и оператора резольвенты. Будет представлен вариант расчетапоправки Пёрселла (Purcell), обусловленной присутствием открытогорезонатора, а также другие эффекты.В методическом плане, и если у аудитории будет определенный интерес инастрой, докладчик может дать свой комментарий по поводу структурыфотонного пропагатора в дипольной калибровке и представить аргументы,позволяющие игнорировать при использовании этой приближенной (!)калибровки «неудобный» контактный вклад. Эта методическая проблемавызвала у слушателей семинара определенный интерес после доклада Максима Гладуша.

 

November 25, 2015
Speaker:  М.Г. Гладуш (Институт спектроскопии РАН, Москва, Троицк)
Topic: Квантово-кинетический подход к выводу оптических уравнений Блоха для излучателей в слабопоглощающей среде