Běžně pracujeme se zájemci o bakalářské práce od druhého ročníku, ale je možné se přihlásit i dříve. Potřebné znalosti a dovednosti získáte postupně při řešení práce, nejsou vyžadované předem. Důležitý je pouze zájem o fyziku, optiku či strojové učení.
Všechna prezentovaná témata jsou unikátní ve smyslu, že nebyla dosud řešena a jejich zdárné dokončení představuje nezanedbatelnou výzvu. Jsou úzce spojená s vědeckým programem naší skupiny včetně rozsáhlé zahraniční spolupráce a řešením grantových projektů. Témata jsou tedy vhodná i pro pokračování v navazujících stupních studia, v magisterském a doktorském studiu. Současně jsou ale naplánovaná s jasnou vizí počátečního postupu řešení a s konkrétními prvními cíli, které představují postačující požadavky pro bakalářskou práci. Témata jsou ve většině případů experimentálně orientovaná, při jejich řešení se však seznámíte také s potřebnými teoretickými metodami, numerickými simulacemi, metodami zpracování dat a jejich prezentací. V průběhu řešení Vaší práce budete v kontaktu s ostatními bakalářskými a diplomovými studenty, kteří u nás řeší práci, a také s celým týmem QOLO – můžete se účastnit našich schůzek a společných akcí. Naše laboratoře jsou vybavené špičkovými laserovými systémy, kryogenní a vakuovou technologií, supravodivými detektory a další v ČR bezkonkurenční technologií.
Pro další informace kontaktujte Mirka Ježka na emailu jezek@optics.upol.cz nebo fcb miroslav.jezek nebo instagramu quantumhedgehog.
Okruh I: Kvantový mikroskop – fotonické detektory a statistika světla
Detekce slabých optických signálů a v extrémních případech i jednotlivých fotonů je součástí mnoha zobrazovacích, spektroskopických a metrologických aplikací a samozřejmě také důležitou experimentální technikou v základním výzkumu. Témata v tomto okruhu se věnují vývoji nových detektorů a detekčních metod, charakterizaci jednofotonových detektorů, měření statistiky světla a souvisejícím aplikacím.
Vývoj, optimalizace a charakterizace fotonických detektorů
Multiplexované detektory rozlišující počet fotonů pro aplikace v kvantové mikroskopii
Rychlá homodynní detekce pro měření kvantových stavů světla
Dynamika polovodičového laseru blízko prahu
Měření rychlých optických dějů
Efekty fotonové statistiky na biologické procesy
Okruh II: Fotonové dělo – zdroje světla pro komunikaci a zpracování informace
Zdroje korelovaných a kvantově provázaných (entanglovaných) fotonů jsou stěžejním prvkem jak základního výzkumu v oblasti kvantové optiky a informatiky tak i aplikací v kvantových komunikacích. Zvýšení účinnosti a nerozlišitelnosti generovaných fotonů a kontrola jejich vlastností představují důležité cíle návrhu nových zdrojů. Cílem tohoto tematického okruhu je vývoj nových fotonických zdrojů, jejich charakterizace a aplikace v různých oblastech. Ve spolupráci s kolegy ze zahraničí pokrývá okruh také studium kvantových teček jako zdrojů entanglovaných fotonů. Součástí okruhu jsou také metody strojového učení pro charakterizaci kvantových a fotonických zdrojů.
Zdroje kvantového entanglementu
Zdroje laditelné fotonové statistiky
Generace a aplikace stlačeného světla
Charakterizace fotonických zdrojů pomocí strojového učení
Okruh III: Kvantové procesory a simulátory
Cílem témat v tomto okruhu je návrh a realizace nových kvantových obvodů, především kvantových logických procesorů a kvantových simulátorů. Tyto obvody cíleně manipulují s kvantovou informací kódovanou do časových, prostorových či polarizačních vlastností světla a to s přesností na úrovni vakuového šumu či jednotlivých fotonů.
Rychlá elektrooptická modulace světla pro time-bin kódování a detekci
Experimentální kvantová fyzika s fotony a časovými smyčkami
Adice a subtrakce jednotlivých fotonů pro bezšumové kvantové zesilovače
Strojové učení pro optimální řízení složitých procesů a kvantových zařízení
Okruh IV: Mikroskopie jednotlivých molekul – senzory a zobrazení
Fluoresceční molekuly jsou kličovým prostředkem téměř všech dnešních superozlišujících mikroskopických technik v biologii a medicíně. V kvantové fyzice a fotonice se společně s kvantovými tečkami čím dál více využívají jako zdrojů neklasických stavů světla, především jednotlivých fotonů. Cílem tomto tématického okruhu je zlepšení rozlišení jednotlivých molekul pomocí statistických vlastností a s využitím strojového učení. Dalším cílem je vývoj nových senzorů využívajících jednotlivé emitory a konkrétně organické molekuly.
Superrozlišení jednotlivých molekul
Senzorika na bázi organických molekul a jejich klastrů
Přímý zápis vlnovodů na optický čip
Okruh V: Zobrazení v prostoru a čase – funkční mikroskopie a spektroskopie
Cílem prací v tomto tématickém okruhu je vývoj nových metod funkčního zobrazení kombinující prostorové zobrazení s dalšími parametry, jako je spektrum, časová závislost či vektorové vlastnosti světla. Důležitým prvkem jsou také náhodná prostředí. Cílem je jednak zobrazení přes tato prostředí ale také jejich využití pro zobrazovací a metrologické aplikace.
Zobrazení silně rozptylujících biologických objektů – můžeme vidět do živého organismu?
In-flow label-free zobrazení a klasifikace biologických objektů
Dynamický rozptyl světla pro měření velikosti částic v roztoku při nízkých koncentracích
Optický zdroj s laditelnou koherencí pro mikroskopii a anemometrii biologických systémů
Okruh VI: Setkání umělé inteligence a fyziky – strojové učení pro senzory a řízení
Strojové učení a konkrétně umělé neuronové sítě jsou klíčovou metodou počítačového zpracování jazyka a obrazu. Neobejdou se bez nich automatický překlad, generování textů a obrazů, rozpoznávání obrazů a další aplikace. Aplikace strojového učení jsou čím dále častější i ve fyzice a optice. Cílem témat v tomto okruhu je využití moderních metod strojového učení pro řízení fyzikálních systémů a zpracování dat z optických detektorů. Důraz bude kladený na korektní popis fyzikálních podmínek a vlastností (physics-informed machine learning), nezávislost modelů strojového učení na konkrétních fyzikálních systémech (device independence) a obecnou funkčnost bez ohledu na velikost systému (dimensionality independence).
Okruh VII: Specializovaná elektronika pro detektory, zdroje a komunikaci
V rámci tohoto okruhu se budete podílet na vývoji a testování zakázkových elektronických obvodů pro optické detektory a zdroje a pro zpracování rychlých nebo slabých signálů. Typickými tématy mohou být např. optimalizace frekvenční odezvy homodynního detektoru nebo digitální zpracování signálu pomocí programovatelných hradlových polí.
