Hyper-kódování kvantových bitů a jeho využití pro kvantové počítače
(Qubit hyper-encoding for quantum computers)
Kódování informace do jednotlivých kvant světla, fotonů, zefektivňuje některé komunikační a výpočetní operace a umožňuje testovat základní principy budoucích kvantových počítačů. Další cestou zvýšení hustoty uložení a efektivity zpracování informace je hyper-kódování, tedy přenos více kvantových bitů jediným fotonem. Cílem práce je příprava hyper-kódovaných kvantových bitů a realizace kvantových logických hradel využívajících toto kódování. V průběhu práce se student seznámí s teoretickými a experimentálními aspekty kódování kvantových bitů a základními technikami kvantového zpracování informace. Téma může být dle zájmu studenta a typu práce (bc/mgr) upraveno či zaměřeno více na související optickou technologii, například na návrh specializovaných součástek pro efektivní kódování.
Řízení polovodičových laserových diod
(Laser diode driving and stabilization)
Optický výkon a spektrum laserové diody závisí citlivě na čerpacím proudu, teplotě a dalších podmínkách. Cílem práce je prozkoumat tuto závislost a zkonstruovat proudovou a teplotní stabilizaci diody. Téma může být dle zájmu studenta a typu práce (bc/mgr) zaměřeno na návrh a testování elektroniky, přesné měření optických parametrů nebo nastavení zpětnovazební smyčky pro optimální stabilitu laserové diody v daném frekvenčním pásmu.
Časová spektroskopie světla na úrovni jednotlivých fotonů
(Time correlated single photon counting)
Měření času příchodu jednotlivých fotonů z testovaného vzorku představuje důležitý zdroj informace o probíhajících fyzikálních procesech. Může se jednat o časové rozlišení fluorescence v biologickém preparátu, charakterizaci zdroje jednotlivých fotonů, analýzu kvantového logického hradla nebo studium chování kvantových teček. Výsledky měření jsou však ovlivněny také vlastnostmi použitých detektorů a v neposlední řadě použitým převodníkem časových údajů do digitální podoby. Cílem práce je testování různých způsobů získání časové informace o detekci jednotlivých fotonů, vlastností detektorů a detekční elektroniky. Student se bude věnovat časovému rozlišení jednotlivých metod, chování v oblasti blízko saturace detektorů a dalším souvisejícím otázkám. Součástí práce bude softwarové zpracování dat z převodníku založeném na FPGA s rozlišením 10^-10 s a jeho kalibrace.
Frekvenční stabilizace laserové diody
(Laser diode with external grating cavity)
Cílem práce je zúžení spektra a změna modové struktury polovodičové laserové diody s využitím difrakční mřížky v roli externího rezonátoru. Součástí práce bude charakterizace spektrálních vlastností a stability výsledného laserového systému.
Měření kvantové statistiky jednotlivých fotonů
(Measuring quantum statistical properties of photons)
Statistické vlastnosti světla na úrovni jednotlivých fotonů jsou nerozlučně spojeny s kvantovým zpracováním informace a hrají klíčovou roli v různých odvětvích kvantové optiky. Existují zdroje světla, jejichž chování nelze popsat jako klasické elektromagnetické vlnění. Jak kvalitně ale toto chování můžeme měřit, zcela závisí na mazanosti uspořádání supercitlivých detektorů schopných rozpoznávat jednotlivé fotony a na tom, jak jsme schopni zpracovat jejich elektronický signál. Předmětem práce bude realizovat a porovnat různé metody měření fotonové statistiky. Jak lze účinně zkombinovat více detektorů a můžeme poznat plynovou výbojku od laseru? Jak se vypořádat s omezenou účinností, šumem, saturací, lze je nějak obejít? Budete svědky, jak se identické fotony shlukují do párů. Jako prostředky si vyzkoušíte logické zpracování pulzů NIM, použití TAC/SCA převodníků nebo možnosti časových záznamů detekcí s přesností na zlomek nanosekundy. Hledáme studenta, kterého zajímá kvantová fyzika v kontextu současných experimentálních možností a nebojí se matematiky.
Prerekvizity: zvědavost, zvládnutí mat. a fyz. látky na úrovni vašeho ročníku.
Nabízíme: změnu otázek “Ale proč?” na otázky “Jak?” a “Proč to zatraceně…?!”
Využití kapalných krystalů pro kvantové počítače
(Qubit state control and filtering using liquid crystals)
Kvantové logické procesory realizované v naší laboratoři využívají nejčastěji kódování informace do polarizace a dráhy fotonu. Tento typ manipulace s informací vyžaduje po technické stránce současnou kontrolu polarizace několika optických svazků. Cílem práce je otestovat možnosti využití kapalných krystalů pro rychlé adresování polarizačního stavu prostorově blízkých optických svazků.
