Научная тема: «ГЕНЕРАЦИЯ, ПЕРЕДАЧА И ХРАНЕНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОГО ЯРКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В КВАНТОВОЙ ОПТИКЕ И КВАНТОВОЙ ИНФОРМАТИКЕ»
Специальность: 01.04.05
Год: 2014
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
В диссертации рассматриваются три взаимно пересекающихся и дополняющих друг друга аспекта, важных для квантовой оптики и квантовой информатики, а именно, генерация неклассического яркого света, использование его в квантовых каналах передачи и обработки информации, и хранение (с последующим воспроизведением) в ячейках квантовой памяти.

На защиту выносятся следующие положения, относящиеся к генерации неклассического света:

1.          Низкоразмерный полупроводниковый лазер (виксел) является эффективным источником поляризационно-сжатого по отношению к параметру Стокса Si яркого света, даже в условиях двулучепреломления и дихроизма в излучающей среде.

2. Невырожденный трехмодовый параметрический генератор света, работающий в над-пороговом режиме, является источником эффективно сжатых и перепутанных сигнальной и холостой волн. При значительном превышении мощностью накачки порогового значения, волны оказываются амплитудно-сжатыми наполовину по сравнению с когерентным состоянием. При небольшом превышении, сигнальная и холостая волны оказываются в перепутанном состоянии, а волна накачки - в фазово-сжатом состоянии.

3. Субпуассоновский лазер, синхронизированный достаточно слабым когерентным внешним электромагнитным полем, остается эффективным источником неклассического света, однако обнаруживает уже не субпуассоновскую статистику, а амплитудное сжатие, поскольку диффузия фазы оказывается полностью подавленной.

4. Пиксельный источник, построенный как совокупность точечных источников сжатого света, расположенных периодически в пространстве на некоторой плоскости, формирует свет, сжатый не только во времени, как от индивидуального пиксела, но и в пространстве, в поперечном по отношению к распространению света направлении.

На защиту выносятся следующие положения, относящиеся к использованию неклассического света в квантовых информационных каналах:

5. Пространственно-многомодовый квантовый информационный канал обеспечивает параллельную передачу мод сигнала без добавления квантового шума в области эффективного сжатия, что приводит к значительному увеличению его информационной емкости по сравнению с одномодовым. В отличие от классического канала, в этом случае можно указать оптимальное соотношение между пространственной плотностью элементов сигнального изображения и шириной пространственного спектра пе-репутывания, обеспечивающее максимальную емкость канала. Это заключение сделано из анализа схемы плотного кодирования оптического изображения.

6. Применение широкополосного по временной переменной света в схеме плотного кодирования существенно увеличивает взаимную информацию Шеннона, обеспечивая временной многоканальный параллелизм при передаче информации. Использование широкополосного света в схеме телепортации позволяет передать широкополосный сигнал с верностью каждой моды заметно превосходящей классический предел.

На защиту выносятся следующие положения, относящиеся к сохранению неклассического света в ячейках квантовой памяти:

7. Для достаточно плотной трехуровневой среды квантовая широкополосная память (память для коротких импульсов) реализуется не статически, как в случае EIT-памяти, но динамически, поскольку при таком взаимодействии света со средой эффект "остановки"света не успевает реализоваться заметным образом.

8. Эффективность полного цикла широкополосной памяти при оптимальном выборе параметров задачи (при минимальных потерях в процессе записи) оказывается близкой к ста процентам.

9. Наилучшее воспроизведение квантовых свойств света (сжатие) достигается необязательно при максимальной эффективности памяти, что связано с особенностями мод Шмидта для ячейки памяти.

Список опубликованных работ
1. Ю. М. Голубев, Т. Ю. Зернова (Голубева), Е. Giacobino. Нестабильность линейно поляризованной генерации в одномодовом викселе // Оптика и спектроскопия.— 2003.— Т. 94. № 1.-С.81-89.

2. Yu. M. Golubev, Т. Yu. Golubeva, E. Giacobino. Polarization statistical properties of the emission from the single mode Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers with the equally living laser levels // Journal of Optics B: Quantum and Semiclassical Optics.—2004.— Vol. 6., no. 12.-pp. 525-532.

3. Yu. M. Golubev, T. Yu. Golubeva, M. I. Kolobov, E. Giacobino. Polarization squeezing in vertical-cavity surface-emitting lasers // Physical Review A.—2004.—Vol. 70, iss.5.— pp. 053817-1 - 053817-13.

4. Ю. М. Голубев, Т. Ю. Голубева, О статистике фотонов лазерного излучения в цепи обратной связи // в сборнике: Лазерные исследования в С.Петербургском государственном университете.— 2006.— С.72-82.

5. Т. Yu. Golubeva, Yu. M. Golubev, I. V. Sokolov, and M. I. Kolobov. Quantum parallel dense coding of optical images // Journal of Modern Optics.—2006.—Vol. 53, no. 5-6.— pp. 699-711.

6. T. Golubeva, D. Ivanov, and Yu. Golubev. Induced photon statistics in three-level lasers // Physical Review A.-2007.-Vol. 75, iss.2.-pp. 023815-1- 023815-8.

7. Yu. M. Golubev, T. Yu. Golubeva, Yu. V. Rostovtsev and M. O. Scully. Control of group velocity of light via magnetic field // Optics Communications.—2007.—Vol. 278, no.2.— pp. 350-362.

8. T. Golubeva, Yu. Golubev, C. Fabre, N. Treps. Quantum state of an injected TROPO above threshold: purity, Glauber function and photon number distribution // European Physical Journal D.—2008.—Vol. 46, no.l.-pp. 179-193.

9. В. А. Аверченко, Т. Ю. Голубева, Ю. М. Голубев, С. Fabre. Широкополосное излучение вырожденного параметрического генератора света над порогом генерации в информационных приложениях // Оптика и спектроскопия.— 2008.— Т. 105, № 5.— С. 831-843.

10. Т. Golubeva, D. Ivanov, and Yu. Golubev. Broadband squeezed light from phase-locked single-mode sub-Poissonian lasers // Physical Review A.—2008.—Vol. 77, iss. 5.—pp. 052316-1 - 052316-10.

11. Ю. М. Голубев, Т. Ю. Голубева, А. А. Гавриков, С. Fabre. Чистые и смешанные состояния в вырожденной параметрической генерации // Оптика и спектроскопия.— 2009.-Т. 106, № 5.-С. 803-809.

12. Т. Golubeva, Yu. Golubev, К. Samburskaya, С. Fabre, N. Treps, M. Kolobov. Entanglement measurement of the quadrature components without the homodyne detection in the spatially multi-mode far-field // Physical Review A.—2010.—Vol. 81, iss. l.-pp. 013831-1 - 013831-8.

13. Т. Golubeva, Yu. Golubev, К. Samburskaya. Multi-pixel Sources of Entangled Light in the Correlation Measurements Without Homodyne Detection // in book "Quantum cryptography and computing".- Edited by R. Horodecki et. al.—IOS Press.—2010.—pp. 179-194.

14. T. Golubeva, Yu. Golubev, O. Mishina, A. Bramati, J. Laurat, and E. Giacobino. High speed spatially multimode atomic memory // Physical Review A.—2011.—Vol. 83, iss. 5.-pp. 053810-1-053810-12.

15. К. Самбурская, Т. Голубева, Ю. Голубев, Е. Giacobino. Квантовая голография при резонансном адиабатическом взаимодействии полей с атомной средой в Lambda-конфигурации // Оптика и спектроскопия.—2011.—Т. 110, № 5.—С. 827-840.

16. К. С. Самбурская, Т. Ю. Голубева, В. А. Аверченко, Ю. М. Голубев. Квадратурное сжатие в изолированном импульсе света // Оптика и спектроскопия.— 2012.— Т. 113, № 1.-С. 88-98.

17. Т. Golubeva, Yu. Golubev, О. Mishina, A. Bramati, J. Laurat, E. Giacobino. High speed spatially multimode Lambda-type atomic memory with arbitrary frequency detuning // European Physical Journal D.—2012.—Vol. 66.-pp. 275-1 - 275-13.

18. T. Golubeva, Yu. Golubev. Purity and Covariance Matrix // Journal of Russian Laser Research.—2014.—Vol. 35, iss. 1.—pp. 47-55.

19. K. Tikhonov, K. Samburskaya, T. Golubeva, Yu. Golubev. Storage and retrieval of squeezing in multimode resonant quantum memories // Physical Review A.— 2014.— Vol. 89.-pp. 013811-1 - 013811-15.