View message

10 вересня 2024 року в Інституті теоретичної фізики (ІТФ) ім. М.М. Боголюбова НАН України відбувся четвертий шведсько-український семінар з теоретичної фізики.

Захід проходив у змішаному форматі (онлайн і офлайн) в рамках ініціативи Європейського фізичного товариства, присвяченої посиленню наукових звʼязків з українськими фізиками.

Тематика цього семінару, як і попереднього, була присвячена теорії квантової інформації.

На семінарі обговорювалися математичні аспекти квантових інформаційних технологій, квантові обчислення, розсіяння атомами у квантовоелектродинамічних хвильоводах та проблеми фотолічильників на основі  мікрохвильових надпровідних систем.  Актуальність цих задач та їхній очікуваний  значний вплив на розвиток технологій визнано як приватними компаніями, так і багатьма національними та міжнародними інституціями.

Так, у 2018 році була розпочата одна з найбільших і найамбітніших дослідницьких програм Європейського Союзу 10-річна Європейська програма «Quantum Flagship». Вона об’єднує науково-дослідні установи, промисловість, підприємства та політиків у спільній квантовій ініціативі безпрецедентного масштабу.

Нещодавно експертами цієї ініціативи разом з представниками Європейської Комісії було розроблено нову програму дій до 2030 року під назвою "Strategic Research and Industry Agenda (SRIA 2030)",  (див. https://www.euroquic.org/q), де представлено огляд різноманітних квантових технологій, які мають високу суспільну значимість, перелік проблем і задач, які ці технології можуть вирішити, а також наукові, технологічні, виробничі виклики.

На четвертому семінарі від шведської сторони з доповідями виступили Інгемар Бегтссон (Ingemar Bengtsson) з університету Стокгольму (Stockholm University) та Горан Йоханссон (Göran Johansson) з університету Чалмерса (Chalmers University). Від України виступили Андрій Сотніков (Відділ статистичної фізики та квантової теорії поля Інституту теоретичної фізики ім. О.І. Ахієзера Національного наукового центру “Харківський фізико-технічний інститут” НАН України, м. Харків) та Євген Столяров (ІТФ ім. М.М. Боголюбова НАН України, м. Київ).

Зокрема, Інгемар Бегтссон представив оглядову доповідь про квантову інформацію для дискретних змінних. Відповідні квантові прилади реалізуються за допомогою систем, які характеризуються скінченною розмірністю гільбертових просторів. Проф. Бегтссон розповів про особливості застосування математичного апарату взаємно рівнонахильних базисів та наборів симетричних інформаційно-повних станів. Останні являють собою скінченний та оптимальний набір станів за проєкторами, на які можна розкласти довільний оператор, що діє у відповідному просторі. Проте на сьогодні ще не доведено існування таких станів у гільбертових просторах довільної розмірності. Цей математичний апарат виявляється надзвичайно корисним при аналізі певних схем квантових обчислень, квантових комунікаційних протоколів та інших застосувань. 

Доповідь Горана Йоханссона була присвячена квантовоелектродинамічним хвильоводам, галузі, яка швидко розвивається в останні роки. При обмеженні електромагнітного поля у одновимірному хвильоводі, воно інтенсивно взаємодіє з близько розташованими квантовими атомно-подібними емітерами, що дозволяє досягти сильної та ультра-сильної взаємодії між фотонною та атомно-подібною підсистемами та значення взаємодії між емітерами у дуже широкому інтервалі. Зокрема, Горан Йоханссон розповів про результати вимірювання електромагнітного поля, розсіяного одним чи декількома атомами у одновимірному хвильоводі. Він також розповів про його останні результати аналітичного вивчення квантових властивостей поля на виході із такого хвильовода з одним та декількома атомами у ньому. Ці особливості взаємодії поля з атомами відкривають можливість широкого використання квантовоелектродинамічних хвильоводів в квантовій оптиці, квантовій комунікації, квантових мережах та квантовій метрології.

Євген Столяров доповів про квантоелектродинамічні надпровідні кола як апаратну платформу для створення масштабованих пристроїв квантової обробки інформації. Їхньою перевагою є використання нелінійних властивостей Джозефсонівських контактів для створення атомноподібних систем, що взаємодіють із мікрохвильовими фотонами. Швидке та ефективне вимірювання мікрохвильових квантів у надпровідних системах КЕД є важливим для багатьох застосувань, таких як інженерія квантових станів, зчитування кубітів та інших. Одним із перспективних підходів для детектування мікрохвильових фотонів є використання фотопомножувача Джозефсона, який працює як вузькозонний однофотонний поглинаючий детектор. Євген розповів про запропонований підхід до підрахунку фотонів у резонаторі шляхом повторних вимірювань за допомогою Джозефсоніського фотопомножувача та про можливість побудови такого помножувача для фотонних пар.

Андрій Сотніков у свої доповіді зосередився на обґрунтуванні необхідності квантових компʼютерів та квантовокомпʼютерних обчислень при вивченні сильнокорельованих багаточастинкових систем, що є актуальною задачею фізики твердого тіла. Зокрема, він розповів про успішне застосування такого підходу при вивченні оптичних граток, сильнокорельованих фаз, магнітних фазових переходів, моделі Габбарда, Бозе-Ейнштейнівської конденсації та інших сильнокорельованих систем. Він наголосив, що сьогодні квантові компʼютери є рушійною силою досліджень як в академічній науці, так і у промисловості, і тут дуже важливою задачею є підтримка таких досліджень з боку держави та міжнародна співпраця.

Доповіді викликали жваві дискусії, з огляду на які та зважаючи на зацікавленість шведської сторони, не викликає сумніву високий рівень не лише міжнародних наукових досліджень, а і досліджень науковців НАН України з цих питань.

Відеозаписи доповідей опубліковано на ютуб-каналі Інституту:

За інформацією Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України