» O Nas
» Wydarzenia
Zadanie 1: Teoretyczne podstawy informatyki kwantowej realizowane przez Zespół Tematyczny 1 (Węzeł 1)

W ramach badań wspólnych Zespołu Tematycznego 1 kontynuowane będą zadania dotyczące jakościowego i ilościowego opisu kwantowych korelacji, w tym nowych wygodnych w zastosowaniach miar splątania dla układów wielu cząstek, a także nierozwiązanych problemów tzw. związanego splątania i addytywności splątania. W szczególności badane będą kryteria separowalności dla układów wielu ciał i ich związki z uogólnionymi podukładami kwantowymi. Kontynuowana będzie analiza własności stanów splątanych , operacji kwantowych oraz konstrukcja kodów kwantowej korekcji błędów.
Poza tym badane będą zjawiska splątania odległych kubitów poprzez oddziaływanie z kwantowym polem elektromagnetycznym. Pole to jest bardzo trwałym nośnikiem informacji pozwalającym przenosić ją na duże odległości (entanglement by swapping, entanglement via quantum bus). Badana również będzie nieodwracalna ewolucja kwantowych pól elektromagnetycznych we wnękach optycznych.
Ważnym nowym tematem jest analiza pojemności kanałów kwantowych z informacją zwrotną (feed-back), kanałów kwantowych z wieloma nadawcami i odbiorcami a także bramek kwantowych jako kanałów dwukierunkowych.
Kontynuowane będą badania nad wpływem dekoherencji na procesy przetwarzania informacji kwantowej, w tym na dynamikę splątania. Najbardziej obiecującym podejściem do problemu ochrony informacji kwantowej jest idea układów "samokorygujacych". Należą do nich układy oparte o tzw. topologiczne stopnie swobody, których efektywność w obecności termicznego szumu jest ciągle problemem otwartym.
W badaniach nad konkretnymi układami fizycznymi jakimi są oddziałujące kubity strumieniowe i ładunkowe zastosowane zostaną opracowane w ostatnim okresie metody określania wpływu dekoherencji na splątanie w zależności od stanu początkowego układu.


Zadanie 2: Informatyka kwantowa a podstawowe problemy mechaniki kwantowej realizowane przez Zespół Tematyczny 2 (Węzeł 2)

W ramach Zespołu Tematycznego 2 zamierzamy kontynuować badania prawdopodobieństw i funkcji korelacji spinowych w relatywistycznych eksperymentach typu EPR, również dla obserwatorów we względnym ruchu oraz obserwatorów nieinercjalnych. Zaawansowane są prace nad sformułowaniem mechaniki kwantowej Bohma w schemacie absolutnej synchronizacji.
Planujemy badać teoretyczne aspekty elektrodynamiki we wnęce w kontekście różnych modeli dekoherencji i kwantowania pola oraz porównywać wyniki tych badań z wynikami eksperymentów. W szczególności chodzi o kontrowersje związane z klasycznym już eksperymentem Haroche'a dotyczącym oscylacji Rabiego. Wbrew temu co się pisze w dostępnych publikacjach, dotychczasowy opis teoretyczny nie zgadza się z wynikiem tego eksperymentu.
Będziemy dalej rozwijać teorię stanów kwantowych układów złożonych i stanów koherentnych, a także będziemy kontynuować analizę mechanizmów zaburzania i kontroli układów mezoskopowych. Prace będą koncentrować się wokół mechanizmów dyssypacji i dekoherencji, poszukiwania efektywnych sposobów kontroli w dynamicznym procesie przekazywania (bądź przetwarzania) informacji, połączonym z produkcją różnych form entropii. Zajmować się będziemy także innymi niż kwantowe implementacjami algorytmów kwantowych oraz interdyscyplinarnymi zastosowaniami formalizmu kwantowego, m.in. w analizie semantycznej i teorii sztucznej inteligencji. Będziemy również rozwijać badania nad kwantowymi językami programowania.
Podejmiemy badania dotyczące lokalnych operacji kwantowych. W szczególności planujemy zbadanie wpływu operacji lokalnych na wybór strategii w grach kwantowych, oraz zbadanie tego wpływu w obecności szumów kwantowych. Badanie operacji lokalnych jest bardzo istotne z punktu widzenia kryptografii kwantowej. Opracowane przez nas metody będą mogły być użyte do analizy bezpieczeństwa kwantowych protokołów kryptograficznych.


Zadanie 3: Nanotechnologiczne aspekty przetwarzania informacji realizowane przez Zespół Tematyczny 3 (Węzeł 3)

W ramach Zespołu Tematycznego 3 planujemy kontynuować analizę fizycznych własności nanokryształów, kropek kwantowych oraz półprzewodnikowych materiałów spintronicznych z punktu widzenia ich zastosowań w technologii przetwarzania informacji. Badania prowadzone będą w oparciu o metody zarówno teorii ciała stałego, jak i optyki kwantowej nanostruktur, wypracowane w ostatnim okresie przy znaczącym udziale zespołów proponujących niniejszy temat. Nowym tematem badań będzie analiza mechanizmu transferu energii w nanomodyfikowanych strukturach światłoczułych przy pośredniczącym udziale plazmonów powierzchniowych w metalicznych nanocząstkach. Szczególną uwagę zwrócimy na niepromienisty, dipolowy (typu Foerstera) mechanizm sprzężenia energetycznego nanoskopowych podukładów baterii słonecznych, prowadzący do podniesienia efektywności absorpcji światła. Wobec wykazania nieprzydatności orbitalnych (ładunkowych) stopni swobody w kropkach kwantowych do przetwarzania informacji kwantowej (zbyt silna dekoherencja w wyniku oddziaływania z fononami), intensywniej analizowane będą spinowe schematy przetwarzania informacji kwantowej w nanostrukturach półprzewodnikowych, w tym w otoczeniu magnetycznym przyspieszającym sterowanie spinem.


Zadanie 4: Topologiczne aspekty kwantowego i klasycznego przetwarzania informacji realizowane przez Zespół Tematyczny 4 (Węzeł 4)

Wobec coraz wyraźniej potwierdzanych ograniczeń (zarówno eksperymentalnie jak i teoretycznie) oraz niemożności opanowania i pokonania dekoherencji w lokalnych rozwiązaniach układów kwantowego przetwarzania informacji, koniecznym jest poszukiwanie nielokalnych - topologicznych rozwiązań, które pozwoliłyby na ominięcie dekoherencyjnych ograniczeń. W tym aspekcie pierwszoplanową rolę odgrywają grupy warkoczowe, podstawowy formalizm dla układów anyonowych i złożonych fermionów (dla topologicznej informatyki kwantowej). Praktycznie działające urządzenie "kwantowego przetwarzania informacji" będzie układem, w którym istotną rolę odgrywa dynamika cząstek, sterowanych siłami sprzęgającymi się z topologicznymi ładunkami takimi jak ładunek elektryczny czy spin. Badania nasze będą m.in. poświęcone sprzęganiu się tego typu oddziaływań z topologicznymi własnościami ośrodków, w których cząstki te poruszają się (np. defektami topologicznymi sieci krystalicznej).
Szczególnie istotne jest tu sformułowanie topologicznej implementacji złożonych fermionów w terminach grup warkoczowych. Takie sformułowanie istnieje obecnie tylko dla anyonów i uogólnienie na złożone fermiony byłoby znaczącym krokiem, zwłaszcza wobec silnie rozwijanych aktualnie koncepcji bezdekoherencyjnego przetwarzania informacji kwantowej na topologicznych (warkoczowych) stopniach swobody układów hallowskich. Planujemy też wykorzystanie czystych grup warkoczowych do kodowania i przetwarzania informacji klasycznej.


Zadanie 5: Kondensaty dipolowe i spinorowe realizowane przez Zespół Tematyczny 5 (Węzeł 5)

W ramach Zespołu Tematycznego 5 zamierzamy kontynuować badania kondensatów spinorowych i dipolowych. W optycznych pułapkach dipolowych można badać niespolaryzowany gaz bozonowy o całkowitym spinie różnym od zera (w praktyce równym jeden lub dwa). W takim gazie, zwanym gazem spinorowym, pojawiają się przejścia pomiędzy składowymi o różnych rzutach spinu. Towarzyszą im zjawiska rozkręcania się składowych kondensatu. Na przebieg tych zjawisk znaczący wpływ ma niezerowa temperatura. Jej roli nie można pomniejszyć przez uparte chłodzenie mieszaniny. Nasza grupa jest autorem oryginalnej metody jednolitego opisu gazu Bosego w niezerowych temperaturach, zwanej metodą pól klasycznych. Uzyskaliśmy już pierwsze wyniki badań zjawisk termicznych, w szczególności ich wpływu na procesy dekoherencji w kondensatach spinorowych. Spodziewamy się, że zjawiska te w istotny sposób zależą od geometrii pułapki i efektywnej wymiarowości problemu. Pierwsze wyniki dla zerowej temperatury otrzymała konkurująca z nami grupa Uedy z Japonii, a pierwsze wyniki w skończonej temperaturze otrzymali współpracujący z naszą grupą fizycy z grupy M. Lewensteina z Barcelony oraz K. Sengstocka z Hamburga. Wyniki te dotyczą najprostszej i niezbyt ciekawej (układ nie może wirować) geometrii jednowymiarowej. W najnowszej pracy zbadaliśmy zachowanie kondensatu spinorowego w geometrii dwu-wymiarowej dla przypadku oddziaływania kontaktowego o własnościach ferromagnetycznych atomów o całkowitym spinie jeden. W najbliższym czasie zamierzamy rozwiązać najbardziej fizyczny przypadek geometrii trójwymiarowej oraz uwzględnić pomijane dotąd we wszystkich pracach oddziaływania dipol-dipol.
W cyklu prac badaliśmy ważne doświadczalnie (W. Phillips i W. Ketterle) zjawisko zderzenia dwóch kondensatów Bosego-Einsteina, w wyniku którego część atomów ulega rozproszeniu elastycznemu i tworzy swego rodzaju kulistą chmurę. W tych pracach zajmowaliśmy się ową chmurą. Teraz zamierzamy zbadać zachowanie samych kondensatów w czasie zderzenia. Straty wynikające z rozproszenia powodują dekoherencję to znaczy obniżają zdolność interferencyjną zderzających się kondensatów. Zbadanie tej dekoherencji to najważniejszy nasz cel.


Zadanie 6: Inżynieria zimnych atomów realizowane przez Zespół Tematyczny 6 (Węzeł 6)

W ramach Zespołu Tematycznego 6 będzie kontynuowana analiza kompleksu zagadnień dotyczących zachowania się zbioru zimnych atomów będących bozonami, fermionami czy też ich mieszankami w sytuacjach zbliżonych do realizowanych eksperymentalnie. Planujemy kontynuację badań nad efektami związanymi z obecnością nieporządku w układzie zimnych atomów. W szczególności zajmiemy się analizą ( metodą średniego pola) diagramu fazowego dla kondensatu spinorowego o F=1 w dwóch wymiarach w obecności nieporządku. Takie układy spinorowe są intensywnie badane z uwagi na fakt, że ich realizacja jest specyficzna dla zimnych atomów w sieciach - atomy bowiem posiadają wewnętrzną strukturę. Badania spinorowego kondensatu z nieporządkiem są w zasadzie "terra incognita", dlatego chcemy rozpocząć od 2 - wymiarowego modelu w przybliżeniu pola średniego.
Planujemy również analizować zjawiska porządku w zimnych gazach atomowych indukowanych nieporządkiem. Wydaje się, że efekty tego typu mają charakter uniwersalny, np. obserwowano je w układach spinowych oraz badaliśmy je w mieszaninach kondensatów Bosego-Einsteina. Dlatego chcielibyśmy przeprowadzić pod tym kątem analizę innych układów jak mieszanina kondensatu I nadciekłego gazu fermionowego (badania rozpoczęte w roku 2008) oraz np. kondensatów spinorowych. Mamy również zamiar badać kwantowe przejścia fazowe w mieszaninach kondensatów Bosego-Einsteina oraz zjawiska samolokalizacji i transportu w zdegenerowanych gazach atomowych.