Регистрация / Вход
Прислать материал

Резонаторные полупроводниковые микро- и наноструктуры с экситонными поляритонами для квантовой информации

Номер контракта: 14.587.21.0020

Руководитель: Шелых Иван Андреевич

Должность руководителя: профессор-исследователь

Докладчик: Алоджанц Александр Павлович, гнс

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
полупроводниковые микро- наноструктуры, экситонный поляритон, спинтроника, нанофотоника, гиперболический метаматериал, поляритонный кристалл, квантовый транспорт, квантовая информация.

Цель проекта:
Проект направлен на развитие имеющихся и установление новых устойчивых научно- технических связей между передовыми группами России и Великобритании, работающих в области поляритоники, нанофотоники и спинтроники с целью получения новых знаний, позволяющих перейти к освоению новых технологий в данных областях, взаимного обмена знаниями и опытом, обучения молодых исследователей на самом высоком уровне. Целью такого сотрудничества является разработка принципиально новой, не имеющей аналогов высокотехнологичной продукции: а именно, – новых маломощных (единицы микроватт и менее) высокогерентных (по пространственным характеристикам) поляритонных источников излучения, в том числе и с неклассической (субпуассовоской) статистикой фотонов; – опто-электронных устройств нового поколения для квантовой обработки и хранения информации в системах квантовой криптографии на основе физических свойств экситон поляритонов в низкоразмерных микро и наноструктурах; - материалов с принципиально новыми функциональными характеристиками; – квантовых нелинейных гиперболических метаматериалов с предельно низкими потерями в видимом диапазоне частот. Что касается масштаба поставленных задач, то их следует рассматривать как междисциплинарное исследование на стыке физики полупроводниковых микро- и наноструктур, квантовой оптики микрорезонаторов, информационных технологий («hardware»), ставящее своей целью развитие указанного выше нового междисциплинарного научного направления - спиноптотроники.

Основные планируемые результаты проекта:
Основные результаты проекта, обладающие высокой степенью новизны, будут получены по следующим направлениям исследований:
Квантовый транспорт и квантовая обработка информации на основе спин-зависящих поляритонов.
Исследование топологических эффектов на основе экситон-поляритонов в решетках, а также графеноподобных микроструктурах.
Исследование решетки микрорезонаторов с определенной топологией, позволяющей получать дисперсионную точку Дирака.
Разработка поляритонных «микросхем» на основе поляритонных волноводов.
Разработка новых (квантовых) источников светового излучения на основе гибридных поляритон-электронных систем.
Разработка квантовых метаматериалов с управляемыми характеристиками.

Результаты проекта будут опубликованы в научных журналах, индексируемых в базе данных Scopus или в базе данных "Сеть науки" (WEB of Science) ,
а также будет подана заявка патента на полезную модель поляритонного устройства для обработки информации.


Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Научно-технические результаты проекта относятся к современным квантовым технологиям, способным в перспективе 5-10 лет существенно изменить облик и рынок используемых сейчас оптоэлектронных систем и микросхем. Они будут получены в результате междисциплинарных исследований и находятся на стыке фотоники, оптоэлектроники, науке о материалах и информационных технологий. Эти результаты при своем развитии могут быть использованы в высокотехнологичных отраслях экономики для разработки и изготовления сверхбольших и сверхбыстродействующих фотонных, поляритонных / плазмонных интегральных схем (СБИС и ССИС) нового поколения, а также для развития существующих технологий приборов квантовой оптоэлектроники. Эти результаты также могут быть востребованы для создания полностью оптических модулей управления однофотонными импульсами света (оптических ЭВМ) и реализации алгоритмов квантовой информатики на их основе. Использование микрорезонаторов и полупроводниковых микроволноводов в качестве базового элемента нового поколения оптоэлектронных устройств для обработки информации позволит существенно повысить экологичность и энергоэффективность логических цепей как по сравнению с электронными схемами, так и относительно совеременных оптоэлектронных устройств, что обусловлено как низким порогом генерации поляритонного лазера, так и крайне высоким уровнем нелинейного оптического отклика, что позволит реализовывать оптические логические элементы, работающих при значительно более низких интенсивностях электромагнитного поля. Кроме этого, результаты, полученные в ходе проекта будут непосредственно использованы при подготовке высококвалифицированных научных кадров.


Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты исследований, проводимых совместно с британской группой ученых, могут быть востребованы как в промышленности, так и в сфере образования и услуг. Поскольку они нацелены в конечном итоге на создание абсолютно нового продукта в области фотоники, оптоэлектроники и информационных технологий, то эти результаты могут представлять интерес для частных SPIN-OUT компаний как в России, так и за рубежом, работающих в данных высокотехнологичных сегментах экономики. А именно, результаты могут быть потенциально использованы в работе таких предприятий стран Таможенного союза, как ЗАО Светлана-Оптоэлектроника, ЗАО СОЛАР (Республика Беларусь), а также в работе таких иностранных
компаний как d-Wave Systems, Eblana Photonics. Фундаментальные научные результаты могут быть непосредственно использованы в следующих организациях в России: Московский государственный университет, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петебургский государственный университет, ФТИ им. А. Ф. Иоффе, Институт физики твердого тела РАН (г. Черноголовка), Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН
(г. Москва), Институт спектроскопии РАН (г. Троицк), ИФП СО РАН (г. Новосибирск).
Принципиально важным бенефициаром результатов проекта ,безусловно, являются университеты ИТМО и Шеффилда. При этом для университета ИТМО такой проект чрезвычайно актуален в плане интеграции в 100 ведущих вузов мира. Наиболее значимые (инфраструктурные) результаты проекта, а именно, это:
– получение новых знаний и научных результатов в сфере квантовых технологий, фотоники, науке о материалах и передовых информационных технологий, конкурентоспособных на мировом уровне при сотрудничестве с ведущими учеными в Европе (Великобритания);
– развитие междисциплинарной инфраструктуры университета ИТМО, координация с другими программами, в т. ч. программой Минобрнауки 5-100, обеспечивающим проведение научных исследований мирового уровня, стажировок молодыми учеными и аспирантами университета ИТМО, а также стажировок (докторантских позиций «postdoc») перспективных молодых ученых
из России с целью ведения совместных научных исследований;
– разработка, совершенствование и внедрение учебных курсов и программ в учебном процессе в том числе совместных образовательных программ в области фотоники, оптоэлектроники, квантовых информационных технологий и защиты информации, соответствующих современному уровню их развития, а также удовлетворяющих международным стандартам.
– подготовка высококвалифицированных специалистов в высокотехнологичных и динамично развивающихся областях информационных технологий, фотоники и науке о материалах,
соответствующих уровню развития данных направлений в мире;
– обмен научно технической информацией, участие с совместными докладами и презентациями в ведущих международных конференциях, симпозиумах в сфере квантовых технологий;
– разработка, совершенствование и внедрение учебных курсов и программ в учебном процессе в области информационных технологий, защиты информации, лазерной физики, фотоники и нанотехнологий, соответствующих современному уровню их развития, а также удовлетворяющих международным стандартам.

Текущие результаты проекта:
Ожидаемые научно-технические результаты проекта в 2015г. обладают высокой степенью новизны и сводятся к следующему:
 1. Результаты расчета квантовых корреляций между фотонной и экситонной компонентами бозе-эйнштейновского конденсата экситонных поляритонов в полупроводниковых микрострукутрах и микрорезонаторах, выявляющий неклассический характер их поведения.
2. Описание разработанной модели нелинейных режимов в поляритонном лазере с однородной оптической и/или электрической накачкой, определяющих области бистабильности, а также моменты их переключения для целей обработки оптической информации.
Описание основных характеристик экспериментальных спектров фотолюминесценции системы, представляющей собой микрокристалл MOF, расположенный на Брэгговском зеркале или металлической подложке.
4. Описание разработанной модели квантовых спин зависящих когерентных эффектов для экситонных поляритонов в микрорезонаторах с целью выявления долгоживущих (десятки пикосекунд) состояний поляритонов.
5. Описание разработанной модели распространения поляритонных солитонов в линейных и нелинейных поляритонных разветвителях и полупроводниковых волноводах.
6. Результаты экспериментального исследования дисперсионных характеристик экситон-поляритонов с угловым разрешением в полупроводниковом волноводе на основе структуры AlGaAs;
7. Результаты расчета по изменению длительности импульсов в поляритонном волноводе для выяснения уровня потерь в волноводе.