The talk covers recent advances of the Quantum technology centre research in linear-optical quantum computing. Firstly, we will discuss the technological approaches to fabrication of the linear-optical programmable interferometers developed in the lab and in the collaboration with FMN nanofabrication center. This topic also includes research on the interferometer architectures and design methods to achieve best possible performance of linear optical circuits. Secondly we will highlight our recent achievement in optimizing the linear optical circuit generating the entangled three-photon state - the 3-qubit Greenberge-Horne-Zeilinger type state.

Today machine learning plays an increasing role in many aspects of scientific research. What is the role of machine learning in setting up modern quantum experiments? In the first part of my talk, I will show how reinforcement learning is now used to design new photonic quantum experiments for three-photon entangled states generation and for violating Bell-CHSH inequality. In the second part, I will show how we design quantum systems via supervised learning to achieve quantum walk advantages.

In this seminar, I will talk about recent works realized by our group with emphasis in two topics. The first one concerns the use of light beams and photons with orbital angular momentum, for the experimental study of Quantum Thermodynamics through the investigation of fluctuation relations, namely the Jarzynki and generalized Jarzynski fluctuation relations (To appear in PRA - arXiv:1912.06447v2 [quant-ph]). The second one concerns the study of phase conjugation for structured light beams. Phase conjugation is a very interesting effect discovered in the early days of non-linear optics, which is related to the temporal eversion of the propagation of light beams. The concept initially applied to the wavefront was generalized for the polarization аnd we have studied the combined effect in vector vortex beams (ACS Photonics 2020, 7, 249−255).

In the past years, with the advancement of quantum technologies, quantum optics have consolidated its central role within the different applications, ranging from quantum computing to quantum communication and quantum metrology.

Together with integrated circuits and detectors, single-photon sources represent a key enabling technology which can lead to the scale-up of different protocols toward practical and useful implementations.

In this talk I will introduce the technology of solid-state emitter, working principle, performance and challenges for improvement and highlight recent implementations focused on multi-photon interference.

В докладе будут представлены результаты исследования локализации атомов в импульсной дипольной ловушке фемтосекундной длительности [1,2]. Одним из основных направлений использования импульсных источников лазерного излучения рассматривается их применение для охлаждения и локализации атомов, обладающих линиями поглощения в ультрафиолетовой части спектра. В первую очередь этоотносится к атомам, используемым в органической химии (кислород, азот). Для фундаментальных исследований развитие методов охлаждения и локализации с использованием излучения в ультрафиолетовой области спектра интересно для охлаждения и локализации водорода и антиводорода.

Для исследования спектральных свойств атомов в импульсной дипольной ловушке был развит метод спектроскопии с использованием селективного резонансного нагрева [3]. Это позволило произвести сравнение свойств атомов, локализованных в импульсной ловушке и ловушке, образованной непрерывным лазерным излучением.

Экспериментальные данные показывают, что при малых интенсивностях локализующих полей свойства спектральные свойства атомов – одинаковы. В этом режиме в обоих типах ловушек присутствует сдвиг линии поглощения пробного поля, вызванный динамическим эффектом Штарка со стороны локализующего поля. Однако, теоретические оценки показывают, что в случае использования импульсного излучения при выборе правильных параметров возможна конфигурация, в которой сдвиг линии отсутствует [4]. Это открывает возможности для использования импульсных оптических ловушек для спектроскопии без сдвига линии.

Литература:

1. Afanasiev A.E., Meysterson A.A., Mashko A.M., Melentiev P.N., Balykin V.I., “Atom femto trap: experimental realization”, Appl. Phys. B, 126, 26 (2020)

2. Машко А.М., Мейстерсон А.А., Афанасьев А.Е., Балыкин В.И., “Атомная дипольная импульсная ловушка со спектральной фильтрацией лазерного излучения”, Квантовая электроника, 50, принята к печати (2020)

3. А.Е. Афанасьев, A.M. Машко, А.А. Мейстерсон, В.И. Балыкин, “Спектроскопия поглощения атомов в оптической дипольной ловушке методом их спектрально-селективного нагрева пробным полем”, Квантовая электроника, 50, 206–212 (2020)

4. А.Е. Афанасьев, А.М. Машко, А.А. Мейстерсон, В.И. Балыкин, “Спектроскопия атомов рубидия в импульсной оптической дипольной ловушке фемтосекундной длительности”, Письма в ЖЭТФ, 111, принята к печати (2020)

Современные квантовые технологии требуют надежных методов идентификации моделей квантовых систем по результатам квантовых измерений. Задача идентификации становится наиболее сложной, когда необходимо восстановить состояние многочастичной квантовой системы или предсказать динамику открытой квантовой системы, используя только исходы квантовых измерений. Тензорные сети и генеративные модели, которые используются как для решения задач машинного обучения и статистической физики, так и для описания многочастичных квантовых систем, могут быть использованы и для решения различных задач идентификации модели, возникающих в квантовой физике. В докладе будут представлены новые подходы к восстановлению моделей открытых квантовых систем и к реконструкции состояний многочастичных квантовых систем на основе тензорных сетей и машинного обучения.

В рамках доклада будет рассмотрено квантовые ускорение для метода динамического программирования на ациклических орграфах. Как применение данного ускорения, получены квантовые алгоритмы для вычисления полинома Жегалкина, решения игр на графах и других.

Также будут рассмотрены алгоритмы для различных строковых задач: поиск наиболее часто встречающейся строки в последовательности, сортировка строк, пересечение последовательности строк и других.

Кроме того, планируется рассмотреть квантовые потоковые алгоритмы.