ИСТИНА

Системы высокой размерности (кудиты) на основе пространственных степеней свободы фотонов востребованы как в прикладных областях квантовых вычислений и квантовой связи, так и при решении фундаментальных задач квантовой оптики. Проект направлен на расширение возможностей существующей техники по генерации таких состояний путем адаптивного контроля углового спектра бифотонного поля при спонтанном параметрическом рассеянии (СПР). Разрабатываемый метод позволит расширить класс экспериментально доступных на сегодняшний день пространственных состояний и обеспечит их высокое качество.

Подбор оптимального режима фокусировки лазерного пучка накачки. Численное моделирование и экспериментальная реализация двух различных способов адаптивного управления угловым спектром накачки при СПР. Сравнение их эффективности на основе экспериментальных данных.

Квантовые системы высокой размерности (D>2) на основе пространственных степеней свободы фотонов имеют множество применений. Среди них увеличение степени секретности протоколов квантовой криптографии, уменьшение воздействия шума информационного канала и линейно-оптические квантовые вычисления. Одной из реализаций кудитов являются пространственные состояния коррелированных пар фотонов, рождающихся в процессе спонтанного параметрического рассеяния в нелинейном кристалле. В этом случае, вид и размерность приготавливаемых состояний может контролироваться путем изменения углового спектра лазерной накачки кристалла. Фундаментальным остается вопрос того, насколько произвольный вид могут иметь приготавливаемые таким образом состояния с точки зрения их реализуемости в эксперименте. Предполагаемый проект направлен на разработку метода адаптивного изменения углового спектра пучка накачки, что позволит как расширить диапазон доступных для приготовления состояний высокой размерности, так и улучшить их качество.

Системы высокой размерности (кудиты) на основе пространственных степеней свободы фотонов востребованы как в прикладных областях квантовых вычислений и квантовой связи, так и при решении фундаментальных задач квантовой оптики. Проект направлен на расширение возможностей существующей техники по генерации таких состояний путем адаптивного контроля углового спектра бифотонного поля при спонтанном параметрическом рассеянии (СПР). В рамках Проекта была разработана экспериментальная схема по приготовлению чистых двумерных пространственных состояний белловского типа не требующих пост-селекции в подпространстве поперечных мод низкого порядка. Для этого был обнаружен режим оптимальной фокусировки лазерного пучка накачки в нелинейный кристалл, а также реализовано преобразование этого пучка в первую моду Гаусса-Эрмита. Также была восстановлена матрица плотности полученного пространственного состояния Белла в подпространствах размерности 3 и 6 с соответствующими значениями меры соответствия (fidelity) 0.97±0.01 и 0.72±0.02. С целью повышения данных значений, а также расширения экспериментальных возможностей по инженерии подобных квантовых состояний, были исследованы алгоритмы адаптивной оптимизации процесса генерации лазерного пучка накачки с обратной связью. В ходе исследований в качестве такого алгоритма был выбран метод одновременно возмущаемой стохастической аппроксимации (SPSA). В результате, был разработан программный код для адаптивного управления пространственным модулятором света на основе обратной связи с сигналом детекторов, использующий данный алгоритм.