Адрес e-mail:

Показатели

2020

Достижение плановых показателей деятельности лаборатории за 2020 год

Показатель

Единица измерения

2020 г.

План

Факт

1

Количество научных публикаций, индексируемых в базе данных в Scopus

Публикации

15

22

2

Количество научных публикаций Q1 по SJR, индексируемых в базе данных в Scopus

Публикации

8

9

3

FWCI публикаций индексируемых в Scopus последние 3 года

Средний на одну статью FWCI по публикациям за последние 3 года

1,75

1,96

4

Размер внешнего финансирования

Млн рублей

3,896

4,07

5

Количество штатных научных сотрудников со степенью кандидата или доктора наук, имеющие за последние 3 года не менее 2 публикации в Scopus с аффилиацией МФТИ

Человек

4

3

6

Участие сотрудников в образовательном процессе МФТИ

Количество ставок ППС

2,4

2,4

7

Трудоустройство в лаборатории студентов и аспирантов

Человек

5

5


Краткое описание результатов деятельности лаборатории за 2020 год

Основным направлением исследований 2020 г. стала разработка алгоритма машинного обучения для описания сложной физической динамики квантовых битов, включая немарковские эффекты памяти. В ходе работы над проектом было показано, что хотя результаты измерений в квантовой физике имеют принципиально случайную природу, однако, даже они имею скрытую структуру, если измерения проводятся последовательно над открытой квантовой системой. Эта скрытая структура обязана своим появлением корреляциям между системой и окружением. Также эта структура содержит информацию о скоростях релаксации и немарковских эффектах памяти. В ходе работы над проектом разработаны методы извлечения скрытой информации о неизвестном резервуаре по серии последовательных проективных измерений над системой (не прибегая к томографии процессов). Новый метод основан на вложении немарковской динамики в марковскую полугруппу для системы и эффективного окружения малой размерности. Генератор марковского вложения выучивается путем максимизации функции правдоподобия. Эффективность предложенного подхода продемонстрирована путем сравнения его предсказаний с точно решаемой задачей для немарковской динамики. Разработанный алгоритм изучения неизвестного квантового окружения позволяет эффективно управлять квантовыми системами. Результаты опубликованы в статье в престижном физическом журнале Physical Review Letters. На основе полученных результатов становится возможным решение задачи оптимального контроля для управления экспериментально доступными шумящими квантовыми регистрами.

Необходимо отметить, что методы машинного обучения на протяжении последних 3 лет увеличивают долю исследований, проводимых в лаборатории. Этому способствовали проекты РФФИ 18-37-20073 мол_а_вед «Динамика перепутанности в тензорных и нейронных квантовых сетях» на 2018-2020 гг. под рук. С.Н. Филиппова и РФФИ 18-37-00282 мол_а «Применение методов машинного обучения для моделирования динамики открытых и сильно коррелированных квантовых систем» на 2018-2020 гг. под рук. И.А. Лучникова. Оба проекта успешно завершены в 2020 году. Методы машинного обучения использовались и при работе над новым проектом РФФИ 20-02-00504 a «Исследование оптического отклика газочувствительных материалов и создание оптических газовых сенсоров» на 2020-2022 гг. под рук. А.В. Дорофеенко, в рамках которого машинное обучение применено к анализу данных, собранных с оптического газового анализатора, результаты опубликованы в журнале IEEE Sensors Journal. Прикладное направление разработки новых сенсоров на основе квантового эффекта Хонга-У-Мандела представлено в работе, опубликованной в журнале Sensors. В продолжение развития тематики машинного обучения в лаборатории в 2020 г.начались работы по новому проекту РНФ 20-72-00116 "Использование ресурсов многочастичной квантовой физики и квантовых технологий в создании новых алгоритмов, методов и применения машинного обучения" под рук. С.В. Винцкевича.

Развитием основного направления стало исследование задач оптимизации для развития квантовых технологий. Сотрудниками лаборатории предложено применить идеи римановой геометрии для выполнения оптимизации на многообразиях унитарных и изометрических матриц, а также на конусе положительно определенных матриц. Комбинируя этот подход с современными вычислительными методами автоматического дифференцирования, была показана эффективность римановой оптимизации при изучении низкоэнергетического спектра и соответствующих низкоэнергетических состояний многомерных (многочастичных) гамильтонианов, осуществлён вариационный поиск тензорной сети в виде анзаца многомасштабной перенормировки запутанности (MERA), решена задача приготовления произвольных состояний (в том числе сильно запутанных) в вентильной реализации квантовых вычислений, решена задача декомпозиции квантовых вентилей на простые, проведён поиск основного состояния и томография квантовых состояний. Разработано программное обеспечение QGOpt с открытым исходным кодом на Github для применения римановой оптимизации к квантовым архитектурам произвольной сложности.

В 2020 г. завершены исследования, начатые на предыдущих этапах. В задаче анализа марковских шумов в вакуумных экспериментах рассмотрены предсказания теории предела низкой плотности и полуклассической модели столкновений, проведено их сравнение, результаты опубликованы в журнале Physical Review A. Работы по этому направлению частично поддержаны грантом фонда развития теоретической физики и математики «БАЗИС» № 19-1-2-66-1 «Динамика открытых квантовых систем и квантовых коррелированных состояний» на 2019-2022 гг. под рук. С.Н. Филиппова. Действие шумов исследовано также в формализме псевдостохастических матриц, иллюстрирующих отличие квантовых и классических эволюций, результаты опубликованы в журнале Physical Review A. Исследованы многофотонные состояния поляризации Фока. Их матрицы плотности и результирующие матрицы пониженной плотности смешанных состояний выражены в виде матриц корреляторов. Степень запутанности рассматриваемых состояний оценена для различных комбинаций параметров состояний и признаков их редукции. Результаты опубликованы в журнале Laser Physics Letters и частично поддержаны успешно завершённым грантом РФФИ 18-32-00906 мол_а «Свойства многофотонных состояний и их связь с характеристиками распространения локализованных в пространстве и во времени световых импульсов» на 2018-2020 гг. под рук. С.В. Винцкевича. В ходе работ в 2020 году также решён ряд задач по анализу квантовой перепутанности, томографическому представлению квантовых состояний, исследованию марковских и немарковских квантовых процессов.

Студенты, проходящие преддипломную практику в лаборатории, успешно защитили в июне 2020 г. дипломные работы:

·         А.Н. Глинов - магистерская диссертация "Фазоковариантная динамика открытых двухуровневых квантовых систем"

·         Г.Н. Семин - магистерская диссертация "Марковская и немарковская динамика открытых квантовых систем в модели столкновений"

·         В.А. Журавлев - выпускная квалификационная работа бакалавра "Квантовые операции и неразрушающие измерения"

·         А.А. Мельников - выпускная квалификационная работа бакалавра "Реализация и применение неэрмитовых гамильтонианов для квантовых систем"

·         А.А. Терманова - выпускная квалификационная работа бакалавра "Динамика открытых квантовых систем с когерентным управлением"

А.Н. Глинов и Г.Н. Семин поступили в аспирантуру МФТИ. В.А. Журавлев, А.А. Мельников, А.А. Терманова поступили в магистратуру МФТИ.

Сотрудник лаборатории И.А. Лучников успешно защитил в 2020 г. кандидатскую диссертацию "Тензорные сети и машинное обучение для динамических и стационарных квантовых систем" по специальности 01.04.02 Теоретическая физика под научным руководством С.Н. Филиппова.

Несмотря на пандемию коронавируса, теоретический характер работы позволил продолжить международное сотрудничество (совместные публикации и совместная НИР) с Университетом Турку (Финляндия), Масариковым университетом (Чехия), Институтом Николая Коперника (Польша), Институтом теоретической физики (Италия), Университетом Аалто (Финляндия), Университетом Палермо (Италия), Исследовательским центром Вигнера (Венгрия), Брукхейвенской национальной лабораторией (США). Совместно с группой Масарикова университета (Чехия) подана совместная заявка 20-57-26001 «Разработка устойчивых к шумам методов обработки квантовой информации» на конкурс российско-чешских совместных проектов РФФИ-GACR.

Усилено взаимодействие с исследовательскими организациями г. Москвы, в частности, с Математическим институтом им В.А. Стеклова РАН, где в 2020 г. начала работу базовая кафедра МФТИ «Методы современной математики», в работе которой принимает участие С.Н. Филиппов.

В рамках 63-й научной конференции МФТИ лабораторией организована отдельная секция квантовой теории информации. На заседании секции было заслушано 19 докладов.


2019

Достижение плановых показателей деятельности лаборатории за 2019 год


Наименование

Единица измерения

2019 год

факт

1

Публикации результатов научных исследований в высокорейтинговых журналах, индексируемых в Scopus

Суммарный импакт-фактор опубликованных работ

40,43

2

Обеспечение высокого уровня цитируемости научных  публикаций

Средний на одну статью FWCI по публикациям за последние 3 года

1,81

3

Участие в образовательной деятельности

Количество ставок ППС

2,0


Краткое описание результатов деятельности лаборатории за 2019 год

Основные направления научной работы:

1)      Проведено изучение перепутанных многочастичных квантовых систем в состоянии матричного произведения, описываемых одномерными тензорными сетями. Рассмотрено взаимодействие квантовой частицы с окружением в виде состояния матричного произведения, при котором рассматриваемая частица последовательно взаимодействует с частицами окружения в течение конечного времени (модель столкновений с коррелированным окружением). Предложена модификация проективных методов Накажимы-Цванцига и получено интегро-дифференциальное уравнение на матрицу плотности системы в стробоскопическом пределе.

2)      Впервые рассмотрено низкоранговое приближение для тензорной сети окружения в развертке по времени. Впервые построена общая теория вложения немарковской квантовой динамики в марковскую, и найдена оценка размерности ближнего окружения методами тензорных сетей. Результаты проиллюстрированы примерами динамики NV-центров, модели Джейнса-Каммингса с затуханием электромагнитного поля, зарядового кубита на основе двойной квантовой точки, распада двухуровневой системы в окружении со сложной спектральной функцией. Результаты опубликованы в статье в престижном физическом журнале [I. A. Luchnikov, S. V. Vintskevich, H. Ouerdane, and S. N. Filippov. Simulation Complexity of Open Quantum Dynamics: Connection with Tensor Networks // Phys. Rev. Lett. 122, 160401 (2019)].

3)      Впервые применены методы машинного обучения для извлечения скрытой информации о неизвестном резервуаре по серии последовательных проективных измерений над открытой системой (не прибегая к томографии процессов). Скрытая структура данных обязана своим появлением корреляциям между системой и окружением. Эффективность предложенного подхода проверена путем сравнения его предсказаний с точно решаемой задачей, описывающей немарковскую динамику.

4)      Методы глубокого машинного обучения применены к анализу сложных многочастичных перепутанных квантовых систем. Рассмотрен вариационный автокодировщик, который нам впервые удалось адаптировать для моделирования распределений вероятности для квантовых систем. С помощью настройки параметров автокодировщика нейросетями удалось рассмотреть квантовую модель Изинга в поперечном магнитном поле и сравнить полученное решение с известным. Подавая на вход вариационного автокодировщика результаты однократных измерений для различных величин поперечного магнитного поля, нам удалось достаточно точно воспроизвести квантовый фазовый переход по величине напряженности поперечного поля, при котором происходит переход от одного факторизованного состояния к перепутанному, а затем к другому факторизованному состоянию.

5)      Продолжено исследование вероятностно-томографического представления квантовых процессов, в частности, нелинейных отображений, фильтрации, свойств перепутанных и смешанных состояний, энтропийных характеристик.

 

Сотрудниками лаборатории опубликовано 20 научных статей в изданиях, входящих в базы данных Web of Science и Scopus, 3 работы на стадии рецензирования.

 

Для численной свертки тензорных сетей и эффективного выполнения алгоритма обратного распространения на языке программирования tensorflow-2, за счет гранта РФФИ 18-37-20073 был приобретен высокопроизводительный компьютер с двумя видеокартами.

 

Усилено международное сотрудничество:

1)      Филиппов С.Н. выполнил совместную научно-исследовательскую работу с коллегами из Финляндии (командировка в Университет Турку и Университет Аалто).

2)      Для повышения квалификации молодых сотрудников, A.Н. Глинов и Г.Н. Семин прошли подготовку на Первой научно-образовательной школе по Квантовым Коммуникациям в рамках программы Центра компетенций Национальной технологической инициативы "Центр Квантовых Коммуникаций НТИ".

3)      В период с 16 по 23 сентября 2019 г. в лаборатории квантовой теории информации выполнялась совместная научно-исследовательская работа с Тейко Хейносаари из Университета Турку (Финляндии). С 24 сентября по 3 октября 2019 г. в лаборатории квантовой теории информации выполнялась совместная научно-исследовательская работа с Антонио Мессина и Роберто Гримаудо из Университета Палермо (Италия).

4)      Результаты представлены в виде докладов и лекций на 9 международных мероприятиях, проводившихся в Италии, Республике Корея, Польше, Словакии, Канаде, Испании.

 

Усилено взаимодействие с исследовательскими организациями г. Москвы, в частности, с Математическим институтом им В.А. Стеклова РАН. В дополнение к рабочим семинарам в кампусе МФТИ, лаборатория проводит общемосковские семинары "Квантовая физика и квантовая информация" в московском корпусе МФТИ для более активного взаимодействия с институтами РАН и другими университетами.

 

В рамках 62-й научной конференции МФТИ лабораторией организована отдельная секция квантовой теории информации. На заседании секции было заслушано 17 докладов.


Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2021 Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Противодействие коррупции | Сведения о доходах

Политика обработки персональных данных МФТИ

Техподдержка сайта | API

Использование новостных материалов сайта возможно только при наличии активной ссылки на https://mipt.ru

МФТИ в социальных сетях