Projects
IDEI

FENOMENE SI PROCESE COMPLEXE IN FIZICA INFORMATIEI CUANTICE (INFOCUANT)


Program: IDEI, Cod CNCSIS: ID_1389, Contract: 497/15.01.2009
Director proiect: Dr. Aurelian Isar, E-mail: isar{at}theory{dot}nipne{dot}ro

Institutie : INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE-DEZVOLTARE PENTRU FIZICA SI INGINERIE NUCLEARA "HORIA HULUBEI", IFIN-HH


Data incepere / finalizare proiect : 2009-01-01 / 2011-10-31

Rezumat

Proiectul de fata prezinta un efort de studiu al unor aspecte fundamentale ale fizicii informatiei cuantice. Discutia identifica doua directii de baza legate respectiv de:
(1) fenomenul intrinsec al informatiei fizice;
(2) utilizarea vortexurilor optice localizate (solitonilor optici de tip vortex) ca purtatori de informatie in sistemele de procesare complet optica a informatiei.
Conform acestor directii, ne propunem studiul unor probleme privind constrangeri cuantice fundamentale asupra informatiei fizice si, respectiv, existenta, stabilitatea si robustetea vortexurilor optice localizate ca purtatori ai informatiei.
(i) Reducerea dimensiunilor structurilor purtatoare de informatie pana la scala nanometrica conduce la aparitia unor efecte fizice decurgand din manifestarea relatiilor de incertitudine cuantice si din imposibilitatea considerarii acestor structuri drept sisteme izolate. Caracterizarea acestor efecte fizice necesita definirea unor observabile si a unor metode de evaluare cantitativa. Vor fi investigate: canale cuantice covariante si liftinguri covariante; evolutia temporala a entanglementului pentru stari gaussiene in sisteme cuantice deschise; procesorul cuantic;
(ii) Vortexurile optice constituie o noua resursa in fizica informatiei cuantice deoarece pot transmite informatie utilizand alfabete multidimensionale sau pot descrie entanglementul spatial. Se vor identifica mijloacele de creare si de stabilizare la perturbatii azimutale ale vortexurilor optice localizate spatiale si spatio-temporale.

ETAPELE PROIECTULUI SI DATELE DE PREDARE

I.
1) Determinarea structurii generale a canalelor cuantice covariante. (15.9.2009)
2) Descrierea dualitatii dintre liftinguri covariante si canale cuantice covariante. (15.12.2009)

Rezultate obtinute in anul 2009:
1. D. Mihalache, D. Mazilu, F. Lederer, Y. Kivshar, Discrete light bullets in two-dimensional photonic lattices: Collision scenarios, Optics Communications 282 (2009) 3000-3006.
2. H. Leblond, D. Kremer, D. Mihalache, Ultrashort spatiotemporal optical solitons in quadratic nonlinear media: Generation of line and lump solitons from few-cycle input pulses, Phys. Rev. A 80 (2009) 053812.
3. A. Isar, Entanglement dynamics in open systems, Rom. Rep. Phys. 61 (2009) 627-640.
4. A. Isar, Entanglement dynamics of two-mode Gaussian states in a thermal environment, J. Russ. Laser Res. 30 (2009) 457-464.

II.
1) Stabilizarea vortexurilor optice localizate disipative spatiale (bidimensionale).
2) Stabilizarea vortexurilor optice localizate disipative spatio-temporale (tridimensionale). (31.10.2010)

Rezultate obtinute in anul 2010:
1. Prezentarea rezultatului celui mai semnificativ/relevant obtinut din proiect:
- Am demonstrat ca solitonii disipativi spatio-temporali (tridimensionali) fundamentali (cu vorticitate nula) sunt stabili in cavitati laser care contin un mediu optic cu absorbant saturabil in prezenta unei retele de difractie transversale bidimensionale. In plus, am aratat ca vortexurile (vartejurile) tridimensionale constituite din patru solitoni disipativi fundamentali aranjati in varfurile unei structuri rombice sunt cvasistabili (cei patru constituenti se pot separa in directia temporala)[D. Mihalache et al., Phys. Rev. A 81, 025801 (2010)].
- Am demonstrat prin metode analitice (variationale) si numerice existenta si stabilitatea vartejurilor bidimensionale de tip crater vulcanic, precum si cuadrupolilor formati din patru entitati dispuse in colturile unei structuri patratice, intr-un mediu disipativ descris de ecuatia Ginzburg-Landau cu potential extern periodic bidimensional. In cazul in care potentialul extern este de tip oscilator armonic bidimensional, am aratat ca sunt stabile numai vartejurile cu sarcina topologica (vorticitate) S=1, precum si dipolurile si tripolurile [D. Mihalache et al., Phys. Rev. A 82, 023813 (2010)].
- Am descris colapsul pulsurilor spatio-temporale ultra-scurte descrise de ecuatia generalizata Kadomtsev-Petviashvili cubica si am calculat pragul de energie de colaps pentru propagarea pulsurilor spatio-temporale ultra-scurte cu durata de numai cativa cicli optici [H. Leblond, D. Kremer, and D. Mihalache, Phys. Rev. A 81, 033824 (2010)].
- A fost propusa pentru prima data in literatura de specialitate o teorie a solitonilor disipativi ultra-scurti (avand durata temporala de numai cativa cicli optici) in sisteme atomice cu 2x2 nivele, in care s-a tinut cont atat de pierderile datorita reflexiei campului optic pe oglinzile cavitatilor laser, precum si pierderilor datorita mediului optic insusi.
- S-a obtinut o ecuatie generalizata de tip Korteweg-de Vries modificata, care contine atat termeni disipativi de castig, cat si de pierdere de fotoni din cavitatea laser, fara a se folosi aproximatia variatiei lente a amplitudinii (anvelopei) campului electromagnetic [H. Leblond and D. Mihalache, J. Phys. A: Math. Theor. 43, 375205 (2010)].
2. Argumentarea noutatii/originalitatii rezultatului si aprecierea impactului stiintific, citari in sistemul international, lansarea unornoi probleme si/sau paradigme de lucru cu impact stiintific Rezultatele stiintifice originale in domeniul solitonilor optici spatiotemporali raportate in cadrul acestei faze au fost publicate in reviste de prestigiu ale "American Physical Society" [Phys. Rev. A] precum si ale "Institute of Physics"[J. Phys. A: Math. Theor.]. Grupul de la Bucuresti are o vizibilitate remarcabila in baza de date Web of Science, fiind considerat unul din grupurile performante pe plan mondial avand in vedere atat numarul de lucrari publicate in reviste din fluxul principal de reviste de specialitate cat si numarul de citari ale acestor lucrari.
3. Auto-evaluarea impactului celui mai semnificativ rezultat din punct de vedere:
- academic (formare tineri cercetatori, atragere studenti/masteranzi/doctoranzi);
Calitatea rezultatelor obtinute si publicate in reviste de prestigiu, constituie un punct de atragere a studentilor, masteranzilor si doctoranzilor, precum si de formare a tinerilor cercetatori in domeniul de mare interes actual si de perspectiva al opticii neliniare si fotonicii.

1. D. Mihalache, Spatiotemporal solitons in the Ginzburg-Landau model with a two-dimensional transverse grating, Physical Review A 81 (2010) 025801 (4 p).
2. D. Mihalache, Collapse of ultrashort spatiotemporal pulses described by the cubic generalized Kadomtsev-Petviashvili equation, Physical Review A 81 (2010) 033824 (7 p).
3. D. Mihalache, Stable topological modes in two-dimensional Ginzburg-Landau models with trapping potentials, Physical Review A 82 (2010) 023813 (11 p).
4. D. Mihalache, Few-optical-cycle dissipative solitons, Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical 37 (2010) 375205 (17 p).
5. A. Isar, Time evolution of entanglement in open quantum systems, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials 12 (2010) 68-73.
6. A. Isar, Entanglement and mixedness in open systems with continuous variables, Journal of Russian Laser Research 31 (2010) 182-190.
7. A. Isar, Dynamics of quantum entanglement in Gaussian open systems, Physica Scripta 82 (2010) 038116 (5 p).
8. A. Isar, Continuous variable entanglement in open quantum dynamics, Physica Scripta T 140 (2010) 014023 (5 p).
9. A. Isar, Continuous variable entanglement in a thermal environment, Romanian Journal of Physics 55 (2010) 995-1005.

III.
1) Studiul influentei fluctuatiilor cuantice si a disiparii asupra evolutiei entanglementului (corelatiilor cuantice) in sisteme bipartite deschise.
2) Determinarea evolutiei temporale a entanglementului pentru stari gaussiene bimodale.
3) Investigarea procesoarelor cuantice construite cu ajutorul teleclonarii in cazul cand canalul cuantic este o stare nemaximala corelata cuantic.
4) Generalizarea la cazul sistemelor cu mai multe nivele a procesorului cuantic. (31.10.2011)



Back to my Homepage


Goto Top