Квантовая и атомная поляризационная оптика:новые фундаментальные состояния,предельные измерения и физические принципы квантовых вычислений.

Проведено исследование коллективных когерентных эффектов взаимодействия электромагнитных/оптических полей с многоатомными системами на примере бозе-эйнштейновского конденсата двухуровневых атомов в резонаторе в условиях формирования связанных поляритонных состояний и рассмотрены новые физические принципы управления такими процессами. Определены условия подавления квантовых флуктуаций для атомно-полевых квадратур, соответствующие квантовой невозмущающей записи состояний электромагнитного поля, а также частичному клонированию оптических состояний в многоатомную среду в процессе генерации сжатых поляритонов с возможностью последующего считывания информации из среды посредством управляющего оптического поля. Разработана методика расчета нелинейного квантового отклика многочастичной когерентной атомной среды во внешнем электромагнитном поле на примере Лямбда-схемы резонансного взаимодействия и определены способы внешнего управления оптическими параметрами таких сред с контролируемыми значениями коэффициентов нелинейности, дисперсии, оптических потерь. Развита теория нелинейного атомно-оптического взаимодействия со слабым пробным импульсом в присутствии сильного импульса накачки в допированном атомами редкоземельных элементов (празеодим, эрбий) волокне. Показано, что наблюдаемые в допированных волокнах эффекты замедления и пленения световых импульсов могут быть использованы при разработке новых оптических устройств, реализующих управляемые логические элементы и оптическую память.

Проведены исследования коллективных когерентных эффектов взаимодействия световых полей с многочастичными атомными и молекулярными трехуровневыми системами (лямбда схема взаимодействия) для процесса адиабатического переноса раманововской двухлучевой фотоассоциации при температурах бозе-эйнштейновской конденсации.
  Выяснены особенности формирования и эволюции индуцированных воздействием внешнего (пробного) поля когерентных квазичастиц - атомно-молекулярных поляритонов в среде.
  Решена задача о квантовой записи и обработке информации на основе проанализированных поляритонных состояний для таких систем. В этой связи предложен новый способ квантовой невозмущающей записи информации, содержащейся в непрерывных наблюдаемых - квадратурах светового поля, на трехуровневые атомные (молекулярные) системы, находящиеся в состоянии бозе-эйнштейновской конденсации, а также в условиях электромагнитно индуцированной прозрачности (ЭИП).
  Сформулированы критерии квантовой записи и клонирования информации и выявлены имеющиеся при этом ограничения на атомно-молекулярные оптические взаимодействия.
  Обсуждаются способы верификации "качества" записи информации на основе схем с обратной связью по квантовым невозмущающим измерениям непрерывных наблюдаемых светового поля.
  Проведен комплекс исследований с использованием современных методов и подходов квантовой атомной и молекулярной оптики, биофизики, статистической квантовой механики, а так же ряд численных экспериментов по моделированию сложных химики-физических процессов на базе эффективных вычислительных методов средствами быстродействующих ЭВМ.

Объектом исследований в проекте являются когерентные атомно-молекулярные системы и способы когерентного управления ими как результат сложных нелинейных процессов взаимодействия со сверхкороткими световыми импульсами. Проведен весь комплекс запланированных теоретических и экспериментальных исследований: развит метод адиабатического переноса для двухлучевой лямбда-схемы взаимодействия бозе-конденсата атомов в условиях электромагнитно-индуцированной прозрачности (ЭИП); впервые предложен метод квантовой невозмущающей записи информации на основе рассматриваемой схемы взаимодействия атомно-молекулярного конденсата; определен квантовый предел записи информации, обусловленный квантовыми флуктуациями атомно-оптических возмущений (поляритонов) в среде; выявлено, что оптимальная запись квантового состояния эрмитовых квадратур пробного импульса в рассматриваемой атомной среде осуществляется на основе равного вклада оптической и атомной составляющих для светлых и темных поляритонов, распространяющихся в среде при угле смешения theta=pi/4; впервые предложен протокол записи квантового состояния светового поля на основе оригинальной схемы клонирования квадратур светового поля, состоящей из линейного фазово-независящего оптического усилителя, а также микрорезонатора с атомной (молекулярной) средой, формирующей светлые и темные поляритоны; предложена схема по коррекции квантового состояния записываемого поля и верификации квантового состояния (квантовой памяти) в многопроходовом режиме, основанная на осуществлении отрицательной обратной связи (обратного отображения) сигнала, полученного от квадратур светового поля в результате их детектирования на атомно-молекулярную среду; получены и классифицированы динамические оптические изображения области лазерного воздействия на конденсированные среды при различных режимах воздействия лазерного излучения; разработан и реализован метод восстановления вероятного вида трехмерных рельефов поверхности образца на основе его двумерного изображения, достоверность работы метода подтверждена изображениями поверхности образцов, полученными при помощи атомно-силовой микроскопии; исследован процесс воздействия лазерного изучения на поверхность графитовых образцов, показана возможность плавления графита при лазерном воздействии; зарегистрировано образование наноструктур в виде отдельных пичков на дне лазерной каверны.
Все проведённые мероприятия и результаты работ в рамках проекта полностью удовлетворяют перечню требований, сформированных в техническом задании.