КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 20-12-00194

НазваниеРезонансная оптомеханика квантовых структур

Руководитель Поддубный Александр Никитич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук , г Санкт-Петербург

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-204 - Нано- и микроструктуры

Ключевые слова оптомеханика, полупроводники, наноструктуры, экситонные поляритоны, квантовая оптика, кубиты

Код ГРНТИ29.19.03

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Проект нацелен на теоретическое исследование резонансных оптомеханических эффектов в квантовом режиме в условиях сильного межчастичного взаимодействия. В настоящее время идет взрывной рост исследований искусственных квантовых систем, который даже называют «второй квантовой революцией». По результатам экспериментов на массиве из нескольких десятков кубитов компанией Гугл в октябре 2019 г. опубликованы результаты о достижении т.н. “квантового превосходства”, которые сейчас активно обсуждаются и оспариваются независимыми исследователями. Квантовый режим достигнут и для света, взаимодействующего с механическими колебаниями. Например, сжатые состояния света последние несколько лет уже используются для повышения чувствительности детектирования гравитационных волн в интерферометре LIGO (эти исследования отмечены Нобелевской премией по физике за 2017 год). Использование долгоживущих колебаний в квантовом режиме и управление их взаимодействием со светом в ансамблях сверхпроводящих кубитов, холодных атомов или полупроводниковых наноструктурах перспективно для создания компактных, быстродействующих и энергоэффективных устройств хранения и обработки квантовой информации. Однако последовательная теория оптомеханических эффектов в распределенных квантовых системах до сих пор не развита. Первые оптомеханические устройства, такие как оптические пинцеты (Нобелевская премия 2018 г.), разрабатывались для захвата атомов и микрочастицы в сильном классическом электромагнитном поле. Методы для эффективного описания взаимодействия колебаний в массивах кубитов и сложных квантовых состояний излучения на данный момент отсутствуют. Традиционные методы квантовой оптики создавались для резонаторов с всего одной или несколькими фотонными модами, в которых помещены атомы с несколькими резонансными уровнями. В случае непрерывного фотонного спектра, например, для кубитов или атомов в волноводе, эти методы становятся неприменимы. Задачу усложняет также наличие взаимодействия с механическими колебаниями, которое, в отличие от классического предела, не может быть линеаризовано. Более того, взаимодействие света с наноструктурами может быть существенно модифицировано и усилено за счет материальных резонансов, например плазмонных и экситонных. Квантовая теория оптомеханического взаимодействия, учитывающая возможность возбуждения соответствующих квазичастиц, на данный момент отсутствует. Новые перспективы резонансного усиления оптомеханических эффектов открываются также в условиях сильного кулоновского и спин-орбитального взаимодействия. Настоящий проект направлен на решение описанных теоретических проблем и поиск новых оптомеханических эффектов в многочастичных квантовых системах. Проект носит междисциплинарный характер и включает исследования на стыке оптомеханики, квантовой оптики, физики конденсированного состояния и наноструктур. В ходе выполнения проекта будут проводиться исследования по следующим основным направлениям: -- теория оптомеханических эффектов в квантовом многочастичном режиме для ансамбля атомов или двухуровневых кубитов в полупроводниковом волноводе, поиск квантовых поляронов и топологических краевых состояний. --возбуждение поверхностных плазмонов и поляритонов при рассеянии света на колебаниях слоев графена и других двумерных полупроводников. Направленное многофононное рассеяние света на плазмонах и дрожащих резонансных наночастицах. --экситон-фононное взаимодействие в квантовых наноструктурах с релятивистским спектром в условиях сильного спин-орбитального и орбитально-долинного взаимодействия. Неупругое рассеяние света на акустических фононах с переворотом спина. Исследование будет выполняться в ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН с привлечением студента Университета ИТМО.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---