КВАНТОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Бетеров Илья Игоревич

Ученая степень
Кандидат физико-математических наук

Должность
Старший научный сотрудник ИФП СО РАН
Старший научных сотрудник ЛФЭБКВиКК МКЦ НГУ
Доцент кафедры квантовой электроники ФФ НГУ
Доцент кафедры оптических информационных технологий НГТУ
Доцент аспирантуры ИЛФ СО РАН

Область научных интересов
Основное направление научных исследований – разработка схем квантовых вентилей на основе ультрахолодных нейтральных атомов, захваченных в оптические дипольные ловушки

Актуальность исследований
В последнее время значительный прогресс в реализации квантовых вычислений достигнут с использованием сверхпроводящих кубитов и холодных ионов. Но дальнейшее масштабирование таких систем остается сложной задачей. Альтернативной физической платформой для реализации квантовых вычислений являются ультрахолодные нейтральные атомы, захваченные в массивы оптических дипольных ловушек, образованных сфокусированными лазерными пучками, с индивидуальной адресацией к каждой отдельной ловушке. В теории, такие массивы могут иметь практически неограниченные возможности для масштабирования и реализации точных квантовых операций. Основное направление нашей работы – разработка схем точных квантовых операций с нейтральными атомами и их экспериментальная реализация.

Основные научные публикации
I.I.Beterov, I.N.Ashkarin, E.A.Yakshina, D.B.Tretyakov, V.M.Entin, I.I.Ryabtsev, P.Cheinet, P.Pillet, M.Saffman, "Fast three-qubit Toffoli quantum gate based on three-body Förster resonances in Rydberg atoms", Phys. Rev. A 98, 042704 (2018)
D.B.Tretyakov, I.I.Beterov, E.A.Yakshina, V.M. Entin, I.I.Ryabtsev, P.Cheinet, and P.Pillet, "Observation of the Borromean Three-Body Förster Resonances for Three Interacting Rb Rydberg Atoms", Physical Review Letters, 119, 173402 (2017).
I.I.Beterov and M.Saffman, "Rydberg blockade, Forster resonances, and quantum state measurements with different atomic species", Physical Review A, 2015, v.92, p.042710.
I.I.Beterov, M.Saffman, E.A.Yakshina, V.P.Zhukov, D.B.Tretyakov, V.M.Entin, I.I.Ryabtsev, C.W.Mansell, C.MacCormick, S.Bergamini, M.P.Fedoruk "Quantum gates in mesoscopic atomic ensembles based on adiabatic passage and Rydberg blockade", Physical Review A 88, 010303(R), (2013).
I.I.Beterov, D.B.Tretyakov, V.M.Entin, E.A.Yakshina, I.I.Ryabtsev, "Deterministic single-atom excitation via adiabatic passage and Rydberg blockade", Physical Review A, 84, 023413, (2011).

Преподаваемые курсы
Введение в физическое квантовое программирование (НГУ)
Лазерная спектроскопия (НГУ)
Физические основы квантовой оптики (НГТУ)
Физика оптических явлений (НГТУ)
Оптические технологии квантовой информатики (ИЛФ)

Предлагаемые темы дипломных работ
Точные схемы многокубитовых вентилей с использованием электромагнитно-индуцированной прозрачности
В квантовой информатике широко используются однокубитовые вентили и двухкубитовые вентили – управляемые преобразования квантового состояния одного кубита или системы из двух кубитов. В последнее время растет интерес к многокубитовым операциям, когда состояние нескольких контролируемых кубитов меняется в зависимости от того, в каком состоянии находится один или несколько контролирующих кубитов. Такие операции важны для квантовой коррекции ошибок и ряда других приложений. Одна из возможных схем с ридберговскими атомами была предложена в работе https://arxiv.org/abs/1707.06498
Цель теоретической работы – исследовать возможности повышения точности многокубитовых вентилей, использующих эффект электромагнитно-индуцированной прозрачности.

Квантовая томография атомных и сверхпроводящих систем
Для оценки точности квантовых логических операций широко используются методы квантовой томографии. Большой интерес представляет сравнение точности квантовых операций с атомными системами с результатами, которые достигнуты на квантовых процессорах IBM.
https://arxiv.org/abs/1601.07282
Цель работы – оптимизация методов квантовой томографии и сравнительный анализ различных квантовых систем, используемых в качестве кубитов.

База для практики студентов
Практика студентов проходит на базе Лаборатории нелинейных резонансных процессов ИФП СО РАН https://www.isp.nsc.ru/institut/nauchnye-podrazdeleniya/laboratoriya-32/o-laboratorii и Лаборатории физики элементной базы квантовых вычислений и квантовых коммуникаций МКЦ ФФ НГУ http://mqc.nsu.ru/center/laboratories/element_base.html. Имеется доступ к уникальным экспериментальным установкам, в которых реализовано лазерное охлаждение и захват атомов в оптическую дипольную ловушку, лазерное возбуждение атомов в высоковозбужденные состояния и регистрация квантовых состояний отдельных атомов.

Перспективы для студентов
Наша научная группа (руководитель чл.-к. РАН И.И.Рябцев) участвует в инициированном МГУ проекте по созданию российского квантового компьютера. Сотрудники группы, в том числе студенты, активно публикуют экспериментальные и теоретические результаты в ведущих мировых физических журналах, сотрудничают с рядом зарубежных исследовательских центров (Висконсинский университет в Мадисоне, Университет Париж-Юг, Уханьский Институт физики и математики Китайской академии наук, Открытый университет в Великобритании). Это создает хорошие возможности для быстрого старта исследовательской карьеры в одном из наиболее динамично развивающихся направлений современной физики.

Опыт руководства студентами (за 3 года)
Защиты дипломных работ:
И.Н.Ашкарин «Численное моделирование вентиля Тоффоли на основе трёхчастичных резонансов Фёрстера», ФФ НГУ, 2018, 4 курс
Г.Н.Хамзина «Моделирование двухкубитового вентиля на основе радиочастотного резонанса Фёрстера», ФТФ НГТУ, 2018, 6 курс
К.О.Панов «Цифровая перестройка частоты непрерывного титан-сапфирового лазера с привязкой к высокостабильному интерферометру Фабри-Перо» ФТФ НГТУ, 2017, 4 курс Г.Н.Хамзина «Численное моделирование однокубитовых и двухкубитовых операций с холодными атомами», ФТФ НГТУ, 2016, 4 курс

Опыт руководства проектами (за 5 лет)
РНФ 16-12-00028 "Получение и исследование квантово-перепутанных состояний в мезоскопических ансамблях взаимодействующих холодных ридберговских атомов"
РФФИ 17-02-00987 "Квантовые симуляторы на основе ультрахолодных взаимодействующих ридберговских атомов"
РФФИ 14-02-00680 «Адиабатические процессы в мезоскопических атомных ансамблях в режиме дипольной блокады»

Павловский Евгений Николаевич

Ученая степень
Кандидат физико-математических наук

Должность
Ведущий научный сотрудник Лаборатории аналитики потоковых данных и машинного обучения Механико-математического факультета НГУ
Доцент кафедры вычислительных систем Механико-математического факультета НГУ
Старший преподаватель кафедры общей информатики Факультета информационных технологий НГУ

Область научных интересов
Основное направление научных исследований – применение принципов квантовой механики для исследования глубоких нейронных сетей. Прикладные интересы – создание биометрических систем распознавания и защиты человека.

Актуальность исследований
В последнее время идёт активное изучение возможностей глубоких сетей. Становится актуальной задача обучения их на малых обучающих выборках и ускорение вычислений. Глубокие архитектуры хорошо себя зарекомендовали в решении ряда задач на уровне сопоставимом и превосходящем человеческий. Активно исследуются методы регуляризации обучения (сокращения размерности пространства поиска решений, сокращение пространства гипотез о виде искомой функции). В 2017 году был анонсирован метод mixup – линейного смешивания объектов обучающей выборки со смешиванием соответствующих классов. Мы считаем, что в основе работоспособности этого метода лежит скорее принцип квантовой суперпозиции, чем просто выпуклых комбинаций. В этой связи интересна проверка гипотезы о квантовом природе обучения и вывода новых методов обогащения обучающих выборок для задач глубокого обучения.

Основные научные публикации
E.N.Pavlovskiy. Problems and prospectives of Big Data storage and processing standardization // Data Science and Engineering (SSDSE), 2018 Siberian Symposium on. IEEE. — 2018.
A. Sivaswamy, E.N.Pavlovskiy. Comparing Speech Classification of Russian digits by HMM and LSTM on small training set // Data Science and Engineering (SSDSE), 2018 Siberian Symposium on. IEEE. — 2018.
S.A. Alyamkin, N.A. Nikolenko, E.N. Pavlovskiy, V.V. Dyubanov. FRiS-censoring of reference sample in face recognition task by deep neural networks // Data Science and Engineering (SSDSE), 2017 Siberian Symposium on. IEEE. — 2017. URL: http://ieeexplore.ieee.org/document/8071961/.
Pavlovsky E. N., Pakulich D. V., Pospelov S. O. Restoration of the 3D Skull Defect Model Based on Deep Neural Networks. Vestnik NSU. Series: Information Technologies, 2017, vol. 15, no. 3, p. 74–78. (In Russ.) URL: http://nsu.ru/xmlui/bitstream/handle/nsu/13448/08.pdf?sequence=1&isAllowed=y. Pavlovskiy E.N., Luppov D.A., Zyryanov A.O., Alyamkin S.A. The module on image and video analysis: the classifier of forms and documents. // Certificate of state registration of the computer program No. 2017612227, 17.02.2017. Rightholder: NSU.
Pavlovskiy E.N., Maslovskiy I.A., Batura T.V., Dyubanov V.V. The module on text processing: the classifier of texts. // Certificate of state registration of the computer program No. 2017611829, 09.02.2017. Rightholder: NSU.
Pavlovskiy E.N., Dyubanov V.V. The software for data analysis by the FRiS method for medical centers, version 1. 0 (Medical Center FRiS-analyzer v.1.0). // Certificate of state registration of the computer program No. 2010617059, 11.01.2011. Rightholder: NSU.

Преподаваемые курсы
Квантовое машинное обучение
Аналитика больших массивов данных
Бизнес-анализ
Инструментальные средства бизнес-моделирования
Scientific Workshop "Big Data Analytics"

Предлагаемые темы дипломных работ
Поиск адекватного представления изображений для регуляризации обучения на основе суперпозиции
В машинном обучении метод mixup (https://arxiv.org/abs/1710.09412) позволяет достигать хорошей регуляризации обучения. Однако сила метода теоретически не обоснована. В настоявшем исследовании предлагается подтвердить или опровергнуть гипотезу о квантовой природе регуляризации при смешивании образов. Для этого предлагается найти смоделировать смешивание изображений в виде квантовой суперпозиции, для чего требуется найти такое представление изображений, которое допускает указанное преобразование.
Цель теоретической работы – нахождение квантового представления изображений, позволяющего смешивать образы для обучения посредством квантовой суперпозиции.

Квантовая томография атомных и сверхпроводящих систем
Применение распознавателей биометрия-код для распознавания лиц на большом числе классов с использованием принципа квантовой суперпозиции
Основной алгоритм обучения описан в ГОСТ 52633.5, но там решается задача только распознавания «свой-чужой». Требуется адаптировать предложенный там алгоритм для задачи идентификации на большом объёме лиц (базы CASIA или MS1M) с переводом подхода mixup (https://arxiv.org/abs/1710.09412) на язык квантовой механики, а именно – посредством смешивания состояний в виде квантовой суперпозиции для создания большого числа примеров для обучения.
Цель работы – развитие техники квантовых представлений изображений для решения задач биометрии на основе передового российского ГОСТа.

База для практики студентов
Практика студентов проходит на базе Лаборатории аналитики потоковых данных и машинного обучения НГУ (ауд.5205) https://bigdata.nsu.ru. Имеется доступ к вычислительным ресурсам: 4xGPU Titan X, рабочие станции с Titan X или Quadro K4200. Доступ к корпусам текстов, речи, фотографий.

Перспективы для студентов
Наша лаборатория работает над применением квантового подхода к нейросетям. Мы испытываем производительность глубоких нейросетей в задачах биометрии (распознавании людей по фотографиям, голосу, трафику). Также решаем ряд попутных задач для заказчиков различной величины: от локальных новосибирских компаний до известных мировых корпораций. Практика в нашей лаборатории может быть стартом не только исследовательской, но и инженерной карьеры. Сотрудничаем с институтами СО РАН, Институтом фотоники Астона.

Опыт руководства студентами (за 3 года)
Защиты дипломных работ:
Лукаш А.В. Автоматическое обнаружение и исправление ошибок использования паронимов в текстах на русском языке с помощью алгоритмов, основанных на искусственных нейронных сетях. Бакалаврская работа. 2017.
Николенко Н.С. Разработка алгоритма классификации с использованием нейросетевого подхода и FRiS-методологии для частных задач. Бакалаврская работа. 2017.
Лаптев В.И. Разработка стенда для школьников по решению задач классификации текстов. Бакалаврская работа. 2017.
Пакулич Д.В. Классификация медицинских изображений с МРТ с помощью глубинных нейронных сетей. Магистерская диссертация. 2017.
Барсегян А.А. Глубокая инспекция пакетов и обработка с помощью CPU/GPU на скоростях до 100Gb/s. Бакалаврская работа. 2018.
Ковалев Т.Д. Разработка алгоритмов извлечения данных из SSL/TLS сетевого трафика на GPU. Бакалаврская работа. 2018.
Лихачев А.Е. Разработка системы идентификации пользователей в компьютерных сетях на основе анализа их поведения. Бакалаврская работа. 2018.
Свищев А.Н. Разработка алгоритма классификации пользовательских намерений для решения задачи понимания естественного языка в диалоговой системе. Бакалаврская работа. 2018.
Начын А.О. Biometric personal identification system based on patterns created by network traffic analysis. Магистерская диссертация. 2018.
Прокопчик К.В. A Music Generation System Based on Machine Learning. Магистерская диссертация. 2018.
Маркелов К.В. Quantum superposition in Data Augmentation. Магистерская диссертация, 2019.
Дорожко А.В. Построение агента для платформы Universe на базе обучения с подкреплением. Магистерская диссертация. 2019.
Лотков Д.В. Использование методов машинного обучения для автоматической настройки системы фокусировки линейного ускорителя. Магистерская диссертация. 2019.
Сивасвами А. Data Classification using Superposition and HMM. Магистерская диссертация. 2019. Шенг Л. Text to speech synthesis using Generative Adversarial Networks for speech enhancement. Магистерская диссертация. 2019.
Каменев П.А. Использование FRiS-функции для верификации и идентификации диктора при помощи нейронных сетей. Магистерская диссертация. 2019.

Опыт руководства проектами (за 5 лет)
Комплексный проект по Постановлению Правительства №218. Заказчик: ООО «Сигнатек». Тема: «Разработка инструментов потоковой обработки данных для телекоммуникационных сетей», ответственный исполнитель, заведующий лабораторией.
Проект англоязычной магистерской программы «Big Data Analytics» в НГУ, научный руководитель. Проект поддержан грантом Фонда Потанина, программой 5-ТОП-100 НГУ.

Ильичёв Леонид Вениаминович

Ученая степень
Доктор физико-математических наук

Должность
Главный научный сотрудник ИАиЭ СО РАН
Профессор кафедры квантовой оптики Физического факультета НГУ
Профессор кафедры квантовой электроники Физического факультета НГУ

Область научных интересов
Область научных интересов – основы квантовой физики, квантовая оптика, квантовая кинетика.

Актуальность исследований
Мы оказались современниками превращения квантовых явлений, противоречащих обычной физической интутции, из предмета теоретических дискуссий в основу перспективных технологий. В первую очередь это касается обработки информации и метрологии. Формируется стиль физического мышления, необходимый для работы в новых направлениях. Можно констатировать появление информационной парадигмы в физике. С неизбежностью она примет масштаб глобального культурного феномена, сравнимого с теорией относительности по силе преобразования нашего взгляда на окружающую реальность.

Основные научные публикации
V.A. Tomilin, T.S. Yakovleva, A.M. Rostom, L.V. Il'ichov, "Geometric phase transferred from photonic mode to atomic BEC", Optics Communications 436, 52 (2019)
L.V. Il'ichov, V.A. Tomilin, "Coherent states of quantum linear rotator", Physica A 503, 856 (2018)
V.A. Tomilin, L.V. Il'ichov, "Correlations of photoemissions in a multi-atomic ensemble driven by a cat-state field", Physical Review A 96, 063805 (2017).
V.A. Tomilin, L.V. Il'ichov, "BEC Dynamics in a Double-Well with Interferometric Feedback", Annalen der Physik 528, 619 (2016)
L.V. Il'ichov, "Quantum Unravelling of Perception by Active Consciousness", NeuroQuantology 11, 110 (2013).

Преподаваемые курсы
Основы квантовой оптики
Современные проблемы квантовой оптики
Дополнительные главы квантовой оптики

Предлагаемые темы дипломных работ
Квантовая гирометрия на основе двухмодового сжатого вакуума
Задача создания компактных оптических гироскопов относится к стратегически важным. Релятивистский эффект Саньяка позволяет обнаружить вращение системы отсчёта (в частности, вращение Земли) для нужд автономной навигации. Цель теоретической работы – исследовать перспективы достижения так называемого гейзенберговского предела точности детектирования эффекта Саньяка в оптической интерферометрической схеме с источником принципиально неклассического излучения.

Открытые квантовые системы в пространстве-времени с замкнутыми причинными петлями
Квантовая информатика в пространствах с нетривиальной топологией представляет интерес как для квантовой физики, так и для общей теории относительности. Это направление сделали актуальным предсказанные ранее особенности квантовой обработки информации в пространстве-времени с замкнутыми причинными петлями. Цель работы – изучение специфики вычислительного процесса, основанного на измерениях в такого рода петле.

Нарушение неравенств Белла в системах с квантовой пост-селекцией
Развитие квантовой информатики инициировано в значительной степени революционной идеей Белла. Известна так называемая граница Цирельсона нарушения неравенства Белла в квантовой физике в традиционной постановке с приготовлением (пред-селекцией) состояния системы. В случае с пред- и пост-селекции квантовых состояний обнаружены необычные свойства систем между актами селекции. Цель работы – исследование пределов нарушения неравенства типа КХШХ-Белла в режиме надлежащей пост-селекции.

Перспективы для студентов
Обучение магистрантов НГУ в области квантовых информационных технологий неразрывно связано с проводимыми в Академгородке исследованиями в этом направлении. Соответствующие лаборатории в базовых институтах работают в тесном взаимодействии. С научным коллективом чл.-к. РАН И.И.Рябцева, участвующем в инициированном МГУ проекте по созданию российского квантового компьютера, сотрудничает наша небольшая активно работающая теоретическая группа. Фронт задач широк, и мы заинтересованы в мотивированных инициативных студентах, решивших специализироваться в области перспективных квантовых технологий.

Опыт руководства студентами (за 3 года)
Защиты дипломных работ:
O.Tosoni 'Emergence of phase correlation in Ramsey setting from superoperator point of view', ФФ НГУ, École Polytechnique, 2009, 6 курс
В.А.Томилин «Резонансная флуоресценция элементарных объектов в цепи обратной связи», ФФ НГУ, 2012, 4 курс
В.А.Томилин «Статистика резонансной флуоресценции двухуровневого атома в цепи обратной связи», ФФ НГУ, 2014, 6 курс
Т.С. Яковлева «Операционная геометрическая фаза кубита как открытой квантовой системы» ФФ НГУ, 2019, 6 курс
В.А.Томилин «Обратная связь с переключением фазы в системах квантовой оптики и конденсированных атомов», ФФ НГУ, 2018, кандидатская диссертация

Бражников Денис Викторович

Ученая степень
Кандидат физико-математических наук

Должность
Старший научный сотрудник Института лазерной физики СО РАН
Доцент кафедры Квантовой оптики Физического факультета НГУ
Старший преподаватель кафедры Квантовой электроники Физического факультета НГУ

Область научных интересов
Теория лазерной спектроскопии атомных газов и её приложения к квантовой метрологии: атомные магнитометры, атомные часы и другие квантовые устройства. Теория лазерного охлаждения нейтральных атомов.

Актуальность исследований
Многие важнейшие современные технологии из области глобальной спутниковой навигации и связи, поиска полезных ископаемых, медицины и биологии, квантовой информатики, прецизионного измерения гравитационных полей и оптических коммуникаций – не обходятся без квантовых сенсоров и квантовых эталонов физических величин. В последнее время, в виду стремительного развития космической техники, существенно возросла потребность в высокостабильных лазерных системах, атомных часах и магнитометрах, обладающих, с одной стороны, высокой стабильностью и чувствительностью измерений, а с другой – низким энергопотреблением и малыми габаритами. Такие устройства способны решать множество научных и технических задач как на Земле, так и в космосе. Поэтому, работы в этом направлении ведутся в крупных научных организациях по всему миру (США, Германия, Англия, Франция, Россия, Италия, Китай и другие). Прогресс в области квантовых эталонов и сенсоров невозможен без проведения всесторонних теоретических исследований новых схем взаимодействия атомов с электромагнитными полями и новых нелинейных оптических эффектов, чтобы на их основе создавать квантовые устройства нового поколения. В связи с этим, теоретические исследований в области лазерной спектроскопии и лазерного охлаждения атомов обладают чрезвычайной актуальностью и значимостью как для фундаментальной физики, так и для целого ряда важнейших применений.

Основные научные публикации
D.V. Brazhnikov, S.M. Ignatovich, V.I. Vishnyakov, M.N. Skvortsov, Ch. Andreeva, V.M. Entin and I.I. Ryabtsev, "High-quality electromagnetically-induced absorption resonances in a buffer-gas-filled vapour cell", Laser Physics Letters, vol. 15, no. 2, 025701 (2018).
D.V. Brazhnikov, G. Coget, M. Abdel Hafiz, V. Maurice, C. Gorecki and R. Boudot, "Analytical expressions of the dark resonance parameters in a vacuum vapor cell", IEEE Transactions on UFFC, vol. 65, no. 6, p. 962 (2018).
M. Abdel Hafiz, D. Brazhnikov, G. Coget, A. Taichenachev, V. Yudin, E. de Clercq and R. Boudot, "High-contrast sub-Doppler absorption spikes in a hot atomic vapor cell exposed to a dual-frequency laser field", New Journal of Physics, vol. 19, 073028 (2017).
O.N. Prudnikov, D.V. Brazhnikov, A.V. Taichenachev, V.I. Yudin, A.E. Bonert, M.A. Tropnikov and A.N. Goncharov, "New approaches in deep laser cooling of magnesium atoms for quantum metrology", Laser Physics, vol. 26, 095503 (2016).
Д.Б. Лазебный, Д.В. Бражников, А.В. Тайченачев, В.И. Юдин, «Эффекты электромагнитно-индуцированной абсорбции и электромагнитно-индуцированной прозрачности для оптических переходов F_g→F_e в поле эллиптически поляризованных волн», ЖЭТФ, том 148, вып. 6, с. 1068 (2015).

Преподаваемые курсы
Физическая оптика
Статистическая оптика

Предлагаемые темы дипломных работ

Атомная магнитометрия на основе электромагнитно-индуцированной абсорбции в поле встречных лазерных пучков
Магнитометры играют важнейшую роль во многих современных научных исследованиях, а также востребованы в медицине, разведке полезных ископаемых, мониторинге окружающей среды и т.д. Особенно перспективны атомные магнитометры, сочетающие в себе высокую чувствительность с малыми габаритами и энергопотреблением. Эта технология активно развивается во многих научных центрах мира: NIST и Университет Калифорнии в США, Университетский колледж Лондона в Великобритании и других. Теоретическая работа в области квантовой магнитометрии востребована и актуальна.
Цель работы: Теоретическое исследование новых схем наблюдения резонансов электромагнитно-индуцированной абсорбции в газе резонансных атомов с целью их дальнейшего использования для разработки квантовых сенсоров магнитного поля.

База для практики студентов
Практика студентов проходит на базе Лаборатории лазерной спектроскопии по адресу проспект Лаврентьева, 15Б. Благодаря плодотворному сотрудничеству теоретиков и экспериментаторов лаборатории, теоретическая работа студентов может быть подтверждена экспериментально на современных установках, имеющихся в расположении лаборатории. Кроме того, наша лаборатория имеет контакты с другими лабораториями институтов СО РАН, а также иностранными коллегами.

Перспективы для студентов
Наша научная группа проводит как теоретические, так и экспериментальные исследования в области лазерной спектроскопии и её многочисленных применений. Традиционно в лаборатории выполняются интересные научные проекты, поддерживаемые грантами Российского научного фонда или Российского фонда фундаментальных исследований. Студенты нашей лаборатории публикуют свои исследования в известных международных журналах, а также активно участвуют в международных конференциях как на территории России, так и за рубежом.

Опыт руководства студентами (за 3 года)
Защиты дипломных работ:
А.С. Новокрещенов: «Исследование влияния высших пространственных гармоник атомной поляризации и параметров поляризации излучения на резонанс насыщенного поглощения в поле встречных световых волн», ФФ НГУ, 2015, 6 курс

Опыт руководства проектами (за 5 лет)
РНФ 17-72-20089: "Исследование новых когерентных оптических эффектов в области лазерной физики и развитие инновационных лазерных технологий для создания компактных квантовых сенсоров и эталонов нового поколения" (2017 – 2020 гг.)
РФФИ 15-32-20330-мол_а_вед: "Разработка и создание мобильных квантовых стандартов частоты для целей геодезии, геофизики и прецизионной спектроскопии" (2015, 2016 гг.)
РФФИ 15-02-08377: «Исследование новых нелинейных эффектов в области лазерной спектроскопии и динамики лазерных импульсов в резонансных средах, связанных с явлением когерентного пленения населенностей» (2015 – 2017 гг.)
Грант Президента РФ МК-4680.2014.2: «Исследование квантовых систем ультрахолодных атомов в различных режимах для целей современной квантовой метрологии и проведения фундаментальных исследований в области квантовой физики и теории относительности» (2014-2015 гг.)

Прудников Олег Николаевич

Ученая степень
Доктор физико-математических наук

Должность
Ведущий научный сотрудник ИЛФ СО РАН
Старший преподаватель кафедры квантовой электроники Физического факультета НГ

Область научных интересов
Кинетические эффекты при взаимодействии атомов со световыми полями,
лазерное охлаждение, атомная оптика, атомная интерферометрия.

Актуальность исследований
Актуальность исследований напрямую связана с перспективами использования нейтральных холодных атомов для построения высокочувствительных квантовых сенсоров. Так использование атомных интерферометров позволяет значительно повысить предел точности по сравнению с классическими оптическими интерферометрами, что является перспективным для создания нового поколения датчиков вращения, акселерометров, а также гравиметров и градиентометров гравитационного поля Земли. Работы в данном направлении открывают
новые возможности в развитии инерционных навигационных систем (не требующих наличия внешних ориентиров или поступающих извне).

Основные научные публикации
O. N. Prudnikov, R. Ya. Il'enkov, A. V. Taichenachev, and V. I. Yudin "Scaling law in laser cooling on narrow-line optical transitions" Phys. Rev. A 99, 023427 (2019)
А.А. Кирпичникова, О.Н. Прудников, David Wilkowski "Исследование возможности сверхглубокого лазерного охлаждения с использованием квадрупольного перехода" Квантовая Электроника, принято в печать (2019)
Колачевский Н.Н., Хабарова К.Ю., Заливако И.В., Семериков И.А., Борисенко А.С., Шерстов И.В., Багаев С.Н., Луговой А.А., Прудников О.Н., Тайченачев А.В., Чепуров С.В. "Перспективные квантово-оптические технологии для задач спутниковой навигации" Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. - 2018. - Т.5, N 1. С. 13-27.
E. Kalganova, O. Prudnikov, et. al. «Two-temperature momentum distribution in a Thulium magneto-optical trap» Phys. Rev. A 96, 033418 (2017).

Преподаваемые курсы
Основы квантовой электроники
Квантовые стандарты частоты и квантовые сенсоры на базе ультрахолодных атомов

Предлагаемые темы дипломных работ

Развитие методов контроля эволюции квантовых состояний в атомном интерферометре

База для практики студентов
Практика студентов проходит на базе Института лазерной физики СО РАН

Князев Борис Александрович

Ученая степень
Доктор физико-математических наук

Должность
Главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН
Профессор кафедры общей физики Физического факультета НГУ
Заведующий лабораторией прикладной электродинамики Физического факультета НГУ

Область научных интересов
Оптика и спектроскопия терагерцового излучения. Фотоника. Приборы и техника эксперимента. Физика плазмы и мощные импульсные ускорители электронов и ионов.

Актуальность исследований
В Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения создан лазер на свободных электронах – самый мощный на настоящий момент в мире источник среднего и дальнего инфракрасного (терагерцового) излучения, позволяющий генерировать перестраиваемое по длине волны монохроматическое излучение в диапазоне от 8 до 240 мкм. Фундаментальные и прикладные исследования в этом диапазоне ведутся сейчас физиками, химиками, биологами и медиками. В нашей научной группе ведутся исследования по формированию пучков фотонов различного модового состава и их применению в мультиплексных коммуникационных системах, по исследованию поверхностных плазмон-поляритонов, по терагерцовой голографии, исследованию полупроводников и других конденсированных сред методом накачка-зондирование, а также по другим направлениям.

Основные научные публикации
B. Knyazev, O. Kameshkov, N. Vinokurov, V. Cherkassky, Yu. Choporova, V. Pavelyev. Quasi-Talbot effect with vortex beams and formation of vortex beamlet arrays. Optics Express, 26, 14174-14185 (2018).
Б.А. Князев, В.Г. Сербо. Пучки фотонов с ненулевой проекцией орбитального момента импульса – новые результаты. Успехи физических наук, 188, №5, 508-539 (2018).
Yu. Yu. Choporova, B. A. Knyazev, G.N.Kulipanov, V. S. Pavelyev, N. A. Vinokurov, B. O. Volodkin, and V. N. Zabin . High-power Bessel beams with orbital angular momentum in the terahertz range. Phys. Rev. A, 96, 023846 (2017)
Gerasimov V.V., Knyazev B.A., Lemzyakov A.G., Nikitin A.K., Zhizhin G.N. Growth of terahertz surface plasmon propagation length due to thin-layer dielectric coating // Journal of Optical Society of America B, 2016, v.33, Is.11, p. 2196-2203.
Yulia Yu. Choporova, Boris A. Knyazev, Mikhail S. Mitkov, Vladimir. S. Pavelyev and Boris O. Volodkin, "Generation of terahertz surface plasmon polaritons using non-diffractive Bessel beams with orbital angular momentum", Phys. Rev. Letters, V. 115, 163901, 2015, 5p.
М.С. Комленок, Б.О. Володкин, Б.А. Князев, В.В. Кононенко, Т.В. Кононенко, В.И. Конов, В.С. Павельев, В.А. Сойфер, К.Н. Тукмаков, Ю.Ю. Чопорова, "Создание линзы Френеля терагерцевого диапазона с многоуровневым микрорельефом методом фемтосекундной лазерной абляции", Квант. электроника, 2015, 45 (10), 933–936.
Yulia Yu. Choporova, Boris A. Knyazev, and Mikhail S. Mitkov, «Classical Holography in the Terahertz Range: Recording and Reconstruction Techniques». IEEE Trans. on THz Sci. and Technol. V. 5, No. 5, pp. 836-844.
G.N. Kulipanov, E.G. Bagryanskaya, E.N. Chesnokov, Yu.Yu. Choporova, V.V. Gerasimov, Ya.V. Getmanov, S.L. Kiselev, B.A. Knyazev, V.V. Kubarev, S.E. Peltek, V.M. Popik, T.V. Salikova, M.A. Scheglov, S.S. Seredniakov, O.A. Shevchenko, A.N. Skrinsky, S.L. Veber, and N.A. Vinokurov. «Novosibirsk free electron laser: Facility description and recent experiments». IEEE Trans. on THz Sci. and Technol. V. 5, No. 5, pp. 798-809.

Преподаваемые курсы
Искусство преподавания физики
Электромагнитный практикум
Практикум по физической оптике

Предлагаемые темы дипломных работ

Исследование возможности мультиплексной передачи информации плазмон-поляритонами, возбуждаемыми терагерцовыми пучками с орбитальным угловым моментом
Первые исследования возможности генерации и транспортировки "закрученных" плазмон-поляритонов вдоль металл-диэлектрических открытых волноводов.

База для практики студентов
Рабочие станции лазера на свободных электронах в ЦКП "Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения" и Лаборатория прикладной электродинамики ФФ НГУ

Перспективы для студентов
Более 10 лет научная группа является базой для курсовых и дипломных работ, магистерских и кандидатских диссертаций. За это время два бывших студента стали кандидатами наук и старшими научными сотрудниками, многие студенты, аспиранты и молодые научные сотрудники опубликовали статьи в ведущих мировых научных журналах, получили научные гранты, именные стипендии имени известных ученых. Группа сотрудничает с Гельмгольц-центром в Дрездене (Германия), Несколькими научными институтами в Берлине, Корейским институтом исследований по атомной энергии, Институтом общей физики РАН (Москва), Научно-технологическим центром уникального приборостроения РАН (Москва), Самарским университетом, Институтом физики полупроводников СО РАН, Конструкторско-технологическим центром уникального приборостроения СО РАН. Члены группы регулярно занимают призовые места на конкурсах молодых ученых, делают доклады на международных конференциях в России и за рубежом.

Опыт руководства студентами (за 3 года)
Защиты дипломных работ:
О.Э Камешков "Дифракция гауссова и бесселевых пучков терагерцового лазера на свободных электронах на периодических структурах" ФФ НГУ, 2018, 4 курс.
С.В. Монхоев, "Термочувствительный интерферометр для измерения плотности потока энергии терагерцового излучения", ФТФ НГТУ, 2017, 4 курс.

Опыт руководства проектами (за 5 лет)
Грант РФФИ 15-02-06444 Формирование пучков терагерцового излучения со спиновым и орбитальным моментами импульса и исследование их взаимодействия с периодическими структурами и киральными средами (2015-2017)
Проект фундаментальных исследований СО РАН на 2017–2020 гг, Программа II.15.7.1 "Развитие экспериментальных исследований на Новосибирском ЛСЭ с использованием терагерцового, дальнего и среднего инфракрасного излучения" (№0305-2016-0014)
Договор №14-125- ИЯФ /110 «Разработка и создание пользовательской станции измерений времен быстропротекающих процессов с использованием излучения лазера на свободных электронах» в рамках проекта Минобрнауки России по лоту шифр 2014-14-588-0001 по теме: «Инфракрасная и терагерцовая спектроскопия с временным разрешением неравновесной динамики носителей заряда в полупроводниках с использованием излучения лазеров на свободных электронах» (2014-2017)
Грант РНФ "Генерация монохроматических поверхностных плазмон-поляритонов дальнего и среднего инфракрасного диапазонов с помощью векторных и закрученных пучков с целью изучения возможности их использования в плазмонных коммуникационных и сенсорных системах" (2019-2021)

Третьяков Денис Борисович

Ученая степень
Кандидат физико-математических наук

Должность
Старший научный сотрудник ИФП СО РАН
Старший научный сотрудник ЛФЭБКВиКК МКЦ НГУ

Область научных интересов
Квантовая криптография

Актуальность исследований
Создание в недалеком будущем квантового компьютера ставит под угрозу безопасность самых надежных современных криптографических протоколов, секретность которых основана на вычислительной сложности. В основе безопасности квантово-криптографических протоколов лежат фундаментальные законы квантовой механики, поэтому их реализация позволит создать абсолютно защищенные линии связи, которые можно будет использовать как в финансовых, так и военных структурах. Основное направление нашей работы – создание и исследование атмосферной и оптоволоконной квантово-криптографических линий связи.

Основные научные публикации
Д.Б.Третьяков, А.В.Коляко, А.С.Плешков, В.М.Энтин, И.И.Рябцев, И.Г.Неизвестный, "Генерация квантового ключа в однофотонных квантовых системах связи", Автометрия, 2016, т.52, №5, с.44-54.
И.И.Рябцев, Д.Б.Третьяков, А.В.Коляко, А.С.Плешков, В.М.Энтин, И.Г.Неизвестный, "Экспериментальная квантовая криптография с одиночными фотонами", Известия РАН, Серия физическая, 2017, т.81, №12, с.1689-1692.
И.И.Рябцев, Д.Б.Третьяков, А.В.Коляко, А.С.Плешков, В.М.Энтин, И.Г.Неизвестный, А.В.Латышев, А.Л.Асеев, "Элементная база квантовой информатики II: квантовые коммуникации с одиночными фотонами", Микроэлектроника, 2017, т.46, №2, с.131-141.
Д.Б.Третьяков, А.В.Коляко, А.С.Плешков, В.М.Энтин, И.И.Рябцев, И.Г.Неизвестный, "Исследование статистики регистрации одиночных фотонов двумя фотодетекторами для применений в квантовой криптографии", Сибирский физический журнал, 2018, т.13, №4, с. 91-104.

Преподаваемые курсы
Системы квантовой криптографии

Предлагаемые темы дипломных работ

Генерация квантового ключа в атмосферной квантово-криптографической линии связи длиной до 100 м
В настоящее время целью работ по квантовой криптографии является увеличение дальности и скорости передачи одиночных фотонов для генерации у приемника и передатчика секретного ключа. Одним из видов передачи может являться передача по открытому пространству. Особенностью данного вида передачи является точность взаимной настройки оптических узлов приемника и передатчика, а также влияние на паразитный шум фотодетекторов естественных и искусственных источников света.
Цель работы – экспериментальное исследование возможности повышения скорости генерации квантового ключа при передаче одиночных фотонов по открытому пространству на расстояние до 100 м при низком уровне ошибок.

Генерация квантового ключа в оптоволоконной квантово-криптографической линии связи длиной 25 км
В настоящее время целью работ по квантовой криптографии является увеличение дальности и скорости передачи одиночных фотонов для генерации у приемника и передатчика секретного ключа. Одним из видов передачи может являться передача по оптическому волокну. Особенностью данного вида передачи является влияние оптического волокна на поляризацию прошедших фотонов. Для компенсации данных искажений была предложена двухпроходная схема передачи одиночных фотонов по оптоволокну.
Цель работы – экспериментальное исследование возможности повышения скорости генерации квантового ключа при передаче одиночных фотонов в двухпроходной оптоволоконной схеме на расстояние 25 км при низком уровне ошибок.

База для практики студентов
Практика студентов проходит на базе Лаборатории нелинейных резонансных процессов ИФП СО РАН https://www.isp.nsc.ru/institut/nauchnye-podrazdeleniya/laboratoriya-32/o-laboratorii и Лаборатории физики элементной базы квантовых вычислений и квантовых коммуникаций МКЦ ФФ НГУ http://mqc.nsu.ru/center/laboratories/element_base.html. Имеется доступ к экспериментальным лабораторным установкам по атмосферной и оптоволоконной линиям связи.

Перспективы для студентов
Наша научная группа (руководитель чл.-к. РАН И.И.Рябцев) поддерживает контакты с исследовательскими группами в ИТМО, Российском квантовом центре, Омском научном центре, которые открыты для обмена опытом в области квантовой криптографии. В России и за рубежом регулярно проводятся конференции, в тематику которых входит квантовая криптография.

Опыт руководства студентами (за 3 года)
Защиты дипломных работ:
Коляко А.В. «Распределение квантового ключа через открытое пространство», ФТФ НГТУ, 2015, 6 курс
Плешков А.С. «Установка для квантовой криптографии на основе фазового кодирования», ФТФ НГТУ, 2015, 6 курс

Опыт руководства проектами (за 5 лет)
РФФИ 14-07-00809 "Теоретическое и экспериментальное моделирование спутниковой квантово-криптографической системы связи "

Томилин Владимир Александрович

Ученая степень
Кандидат физико-математических наук

Должность
Младший научный сотрудник ИАиЭ СО РАН
Ассистент кафедры квантовой оптики Физического факультета НГУ

Область научных интересов
Квантовая оптика, квантовая теория управления.

Актуальность исследований
Обратная связь является одним из наиболее эффективных методов управления физическими системами. Развитие экспериментальной техники за последние 25 лет сделало возможным проведение экспериментов с индивидуальными квантовыми объектами. В связи с этим приобретает актуальность исследование применения методов и концепций обратной связи к квантовым системам. Помимо непосредственно задач управления, обратная связь может также служить мощным инструментом поиска новых физических явлений и эффектов.

Основные научные публикации
V.A. Tomilin, T.S. Yakovleva, A.M. Rostom, L.V. Il'ichov, "Geometric phase transferred from photonic mode to atomic BEC", Optics Communications 436, 52 (2019)
L.V. Il'ichov, V.A. Tomilin, "Coherent states of quantum linear rotator", Physica A 503, 856 (2018)
V.A. Tomilin, L.V. Il'ichov, " Λ-scheme feedback spectroscopy ", Optics Communications 391, 57 (2017)
V.A. Tomilin, L.V. Il'ichov, "Correlations of photoemissions in a multi-atomic ensemble driven by a cat-state field", Physical Review A 96, 063805 (2017).
V.A. Tomilin, L.V. Il'ichov, "BEC Dynamics in a Double-Well with Interferometric Feedback", Annalen der Physik 528, 619 (2016)

Преподаваемые курсы
Обратная связь в квантовой оптике

Предлагаемые темы дипломных работ

Управление дефазировкой атомарных бозе-конденсатов на основе интерферометрической обратной связи
Атомарные конденсаты Бозе-Эйнштейна важны для фундаментальных исследований как системы, позволяющие наблюдать квантовые эффекты на макроскопических масштабах. Разработка методов управления эволюцией атомарных конденсатов несомненно представляют интерес. Целью теоретической работы является исследование возможностей приготовления атомарных конденсатов в экзотических квантовых состояниях при помощи схемы когерентной обратной связи с использованием неклассических состояний оптического излучения.

Перспективы для студентов
Обучение магистрантов НГУ в области квантовых информационных технологий неразрывно связано с проводимыми в Академгородке исследованиями в этом направлении. Соответствующие лаборатории в базовых институтах работают в тесном взаимодействии. С научным коллективом чл.-к. РАН И.И.Рябцева, участвующем в инициированном МГУ проекте по созданию российского квантового компьютера, сотрудничает наша небольшая активно работающая теоретическая группа. Фронт задач широк, и мы заинтересованы в мотивированных инициативных студентах, решивших специализироваться в области перспективных квантовых технологий.

Колкер Дмитрий Борисович

Ученая степень
Доктор физико-математических наук

Должность
Зав. лабораторией 2.4. ИЛФ СО РАН
Зав. лабораторий квантовых оптических технологий ФФ НГУ
Профессор кафедры квантовой электроники ФФ НГУ
Профессор кафедры лазерных систем НГТУ
Профессор аспирантуры ИЛФ СО РАН

Область научных интересов
Исследование новых нелинейных сред, разработка и создание источников когерентного оптического излучения в среднем ИК-диапазоне для различных применений, в т.ч. для газоанализа.

Актуальность исследований
Средний ИК диапазон (2-14 мкм) представляет большой интерес для различных применений. В этом спектральном диапазоне расположены фундаментальные колебательно-вращательные полосы поглощения различных газов, что позволяет проводить дистанционный или локальный газоанализ атмосферы с помощью лазеров, длина волны излучения которых попадает в полосы поглощения соответствующих газов. Поглощение паров воды в атмосфере существенно ограничивает спектральные области, в которых лазерное излучение проходит через открытую атмосферу. Главные «окна прозрачности» атмосферы расположены в диапазонах 3-5 мкм и 8-12 мкм. Кроме паров воды ограничения на распространение лазерного излучения вносит также атмосферный углекислый газ, который имеет сильные широкие полосы поглощения с центром на ~4.3 мкм и ~14 мкм. Для параметрической генерации широко используются оксидные нелинейные кристаллы с регулярной доменной структурой, принадлежащие к семейству сегнетоэлектрических кристаллов. В основном это кристаллы LiNbO₃, LiTaO₃ и KTiOPO₄, которые являются коммерчески доступными. Однако граница прозрачности этих кристаллов не превышает 5 мкм, и поэтому они не могут использоваться выше этой длины волны. Отметим, что спектральный диапазон от 8 до 14 мкм соответствует одному из окон прозрачности атмосферы, поэтому он интересен для лидарных систем или систем ИК противодействия. В то же время в области сильного поглощения паров воды (6-7 мкм) когерентные источники излучения могут с успехом использоваться для медицинских (хирургических) применений. В лаборатории проводятся исследования новых нелинейных сред для параметрической генерации света, таких как, BaGa4Se7, BaGa2GeSe6 для генерации во втором окне прозрачности 8-13 мкм.

Основные научные публикации
V.Vedenyapin, A.Boyko, D.Kolker, L.Isaenko, S.Lobanov, N.Kostyukova, A.Yelisseyev,J.-J. Zondy, and V. Petrov " LiGaSe2 optical parametric oscillator pumped by a Q-switched Nd:YAG laser". Laser Phys. Lett. 13 115401, 2016.
Kostyukova, N.Y.,Boyko, A.A.,Badikov, V.,,Kolker, D.B.,Petrov, V. Widely tunable in the mid-IR BaGa4Se7 optical parametric oscillator pumped at 1064 nm. Vol. 41, No. 15 / August 2016 / Optics Letters
Boyko, A.A.,Kostyukova, N.Y.,Marchev, G.M.,Kolker D.B., ,Zukauskas, A.,Petrov, V. Rb:PPKTP optical parametric oscillator with intracavity difference-frequency generation in AgGaSe2 Vol. 41, No. 12 / June 15 2016 / Optics Letters
Antipov, O., Kolker, D., Kal'Yanov, D., Larin, S., Shur, V. & Akhmatkhanov, A., Near-infrared second-harmonic generation versus mid-infrared optical parametric oscillation in multigrating and fan-out PPMgO: LN structures pumped by a repetitively pulsed 2-μm Tm³⁺:Lu₂O₃-ceramics laser: Journal of the Optical Society of America B, 2018 : Optical Physics. 35, 7, стр. 1674-1679
Kolker, D. B., Sherstov, I. V., Kostyukova, N. Y., Boyko, A. A., Erushin, E. Y. & Nyushkov, B. N., Broadband mid-IR source based on a MgO: PPLN optical parametric oscillator, Quantum Electronics. 49, 2, стр. 191-194
Jean-Jacques Zondy, Dmitri Kolker, and Franco N. C. Wong, "Dynamical signatures of self phase-locking in a triply resonant parametric oscillator" // Phys. Rev. Let. Vol 93, Number 4, 2004.

Преподаваемые курсы
Проектирование лазерных систем
Физика оптических явлений
Источники излучения в среднем ИК и ТГц диапазоне
Дипломная практика

Предлагаемые темы дипломных работ

Разработка компактного источника терагерцового излучения на основе генератора разностной частоты между двумя мощными непрерывными диодными лазерами
Исследование новых нелинейных кристаллов для параметрической генерации во втором окне прозрачности атмосферы (8-13 мкм)


База для практики студентов
Работы будут проводиться на базе лаборатории 2.4. ИЛФ СО РАН и лаборатории квантовых оптических технологий ФФ НГУ.

Перспективы для студентов
Наша научная группа (руководитель д.ф-м.н. Д.Б.Колкер) активно участвует в экспериментах по параметрической генерации света совместно с Институтом Маккса Борна (Берлин), Институтом прикладной физики РАН и другими организациями. Сотрудники группы, в том числе студенты, активно публикуют экспериментальные и теоретические результаты в ведущих мировых физических журналах, сотрудничают с рядом зарубежных исследовательских центров. Это создает хорошие возможности для быстрого старта исследовательской карьеры в одном из наиболее динамично развивающихся направлений современной физики.

Опыт руководства студентами (за 3 года)
Защиты дипломных работ:
Ерушин Е.Ю. (НГТУ) "Параметрический генератор света (ПГС) с длиной волны 2,54 мкм на основе периодически-поляризованной структуры из KTiOPO4"
Пронюшкина А.Н. (НГТУ) " Исследование широкоапертурных периодически-поляризованных структур из ниобата лития для каскадных параемтрических генераторов света"
Макаренко М.О. (НГУ) "Исследование широкоапертурных периодически-поляризованных структур из LiNbO3 для ПГС повышенной мощности"
Малахов Д. (НГУ) "ИСТОЧНИК ИЗЛУЧЕНИЯ В СРЕДНЕМ ИК-ДИАПАЗОНЕ С ПЛАВНОЙ ПЕРЕСТРОЙКОЙ ДЛИНЫ ВОЛНЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НОВЫХ НЕЛИНЕЙНЫХ КРИСТАЛЛОВ"

Опыт руководства проектами (за 5 лет)
DAAD, Forschungsaufenthalte für Hochschullehrer und Wissenschaftler 2014 год. Стипендии для ученых и преподавателей ВУЗов. Руководитель. 2014 г.
5-100. Создание младших академических позиций в области квантовых оптических технологий. Новосибирский Государственный Университет. Руководитель, 2015-2017 г.
Находка -И, Институт Лазерной физики СО РАН, Руководитель, 2017 год
Провидец -2050 ИЛФ, руководитель 2018