Квантовая томография в МФТИ: путь к учёной степени

В стенах МФТИ прошла защита диссертации, в которой квантовая томография стала главным инструментом исследования физических систем. Автор работы Лоран Джейкобс систематизировал математические методы описания квантовых состояний. В этом материале разбираем ключевые результаты работы и то, почему атмосфера МФТИ ассоциировалась у него с «квантовым монастырём».

МФТИ как «квантовый монастырь» и служение науке

Исследование Лорана Джейкобса посвящено теме «Томографические методы в квантовой механике и в квантовой оптике». Вспоминая период подготовки диссертации и университетскую среду, Лоран проводит яркую концептуальную аналогию.

«Монастырь — это символ религии, посвящение себя чему-то вне мира всего, чему-то высшему. "Квантовый" — это символ высшей науки. Словосочетание "квантовый монастырь" — игра слов. Я бы так охарактеризовал тот МФТИ, где защищал диссертацию: как место не от мира сего, где наука поставлена на уровень высшей религии, а единственный бог — квантовая механика», — делится воспоминаниями Лоран.

В этой особой исследовательской обстановке формировался подход, с помощью которого молодые учёные изучали сложные квантовые состояния.

Как квантовая томография помогает исследовать неравенства Белла

Значительная часть работы сосредоточена на изучении дискретных систем и математического аппарата спиновой томографии. В ходе исследования кандидат физико-математических наук вывел обобщенные неравенства Белла-Клаузера-Хорна-Шимони (БКХШ) для многокудитных систем. Это решение дало возможность строго описать нелокальные квантовые корреляции между элементами системы.

«В квантовой механике возникают своеобразные корреляции даже между пространственно разделенными частицами, — поясняет молодой исследователь. — Именно эти корреляции мы называем нелокальными, поскольку они нарушают принцип локальности взаимодействия».

Предложенный метод развивает идеи знаменитого парадокса Эйнштейна — Подольского — Розена (ЭПР), переводя теоретические споры в плоскость прикладных расчётов.

Энтропия Шеннона и квантовая оптика

Другим важным результатом работы стало обобщение информационной энтропии Шеннона с использованием стохастических матриц. В диссертации доказано, что нарушения неравенств Белла и энтропийных неравенств происходят независимо друг от друга.

Кроме того, Лоран Джейкобс детально описал двухмодовый сжатый вакуум электромагнитного поля.

«Томограмма счета фотонов — это экспериментально измеряемая функция, знание которой полностью определяет сжатое состояние вакуума», — подчёркивает Лоран.

Созданные алгоритмы вошли в фундаментальную основу, на которой сегодня развиваются квантовые технологии и теория информации.