ФАКУЛЬТЕТ ФОТОНИКИ И ОПТОИНФОРМАТИКИ
НовостиУниверситет ИТМО
2019-09-20
Работа ученых Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО попала в число открытий, отмеченных журналом «Nature Photonics»

Антон Цыпкин
 
  Журнал «Nature Photonics» также публикует в своих номерах краткие обзоры тех открытий, которые не были представлены в изданиях Nature Publishing Group, но, по мнению редакции, входят в число важных и актуальных научных событий (research highlights). Недавно в число таких работ попала статья, написанная сотрудниками международной лаборатории «Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий» Университета ИТМО. Корреспондент ITMO.NEWS встретился с руководителем лаборатории Антоном Цыпкиным и узнал, какие двери открывает признание «Nature», как было сделано само открытие и в чем его перспективы для оптики.
  Несколько месяцев назад ученым из Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО удалось сделать важное научное открытие: они впервые смогли напрямую (не косвенно) измерить нелинейный показатель преломления в терагерцовом диапазоне излучения в плоской струе воды. Статья, вышедшая в «Optic Express», привлекла к себе настолько большой интерес, что была отмечена одним из журналов Nature Publishing Group (издатель знаменитого журанал «Nature» и ряда других престижных научных изданий) – «Nature Photonics».
«В каждом выпуске “Nature Photonics” есть от трех до шести хайлайтов, где они описывают открытия, которые были опубликованы не в “Nature”, – рассказывает Антон Цыпкин. – Это как в спорте – лучшие моменты в науке, произошедшие между выпусками. Наша статья была описана главным редактором “Nature Communication”. Мы сначала даже растерялись, когда узнали. Это признание того, что мы это сделали первыми в мире».


  Нелинейность в терагерцовом диапазоне
  Ученым международной лаборатории «Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий» Университета ИТМО удалось в ходе эксперимента измерить напрямую нелинейные свойства материала в терагерцовом диапазоне для жидкости, до них это никому не удавалось. Еще важнее, чем сам факт первенства, то, что открытие петербургских ученых может значительно повлиять в будущем на использование терагерцового излучения.
  «Терагерцовый диапазон находится между радио- и инфракрасным диапазоном. Его прелесть в том, что он впитал свойства и радио, и ИК-излучения. Это можно использовать в различных приложениях. Для терагерцового излучения “прозрачна” древесина, ткань, поверхностные слои кожи, кирпич и другие материалы. В инфракрасном диапазоне (ИК) нелинейные эффекты используются повсюду. Если коротко, это возможность “управления света светом”. Но “управлять” ТГц излучением, пока не изучены нелинейные свойства в этом диапазоне, невозможно», – рассказывает ученый.
  Работы по поиску нелинейных эффектов в терагерцовом диапазоне велись Антоном и его коллегами давно, но лишь недавно они смогли найти нужный материал. Причем открытие было сделано почти случайно, после эксперимента, предпринятого почти на удачу.
  «Я сидел со своим аспирантом и тут сказал ему, мол, пойдем, у меня есть идея, давай измерим, может, что-то получится. Мы пропустили излучение через плоскую струю воды и получили экспериментальные данные, по которым очень просто рассчитать нелинейный коэффициент преломления. Получается, что вода – самый распространенный материал на планете и очень сильно поглощает ТГц излучение. Это казалось нонсенсом», – продолжает руководитель лаборатории.


Максим Мельник и Мария Жукова

  Приглашения на конференции
  Открытие заметили не только коллеги из «Nature Photonics». Авторов статьи стали приглашать на различные конференции, выступить с докладом об их работе. Всего до конца года ученые планируют принять участие в десяти конференциях с докладами об этой работе, география стран – от США до Китая.
  «До конца года я и мои соавторы поедут в Москву и в Китай на конференции. До этого приглашали в Нижний Новгород, на Гавайи, в Чехию, где проходили крупные международные конференции. Я думаю, что все это работает на рост узнаваемости нашего университета. «Nature Photonics» читают или как минимум просматривают многие зарубежные ученые», – добавляет Антон Цыпкин.

  Дверь в новое направление науки
  В настоящий момент ученые работают над расширением своей теории и проводят новые эксперименты.
  «Мы сейчас работаем с другими жидкостями, пытаясь подтвердить применимость того нового теоретического подхода, который разрабатывается в нашей лаборатории на основе эксперимента с водой», – поясняет сотрудник лаборатории Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий Университета ИТМО Мария Жукова.
 Как говорят ученые, это только начало исследований.
  «Это открытие нового направления в науке, где мы одни из первых, и мы будет продолжать работу», – делится Антон Цыпкин.
По его словам, теперь он и его коллеги нацелены на то, чтобы издать полноценную статью уже в самом «Nature Photonics». Для этого они сотрудничают с одним из ведущих ученых в мире терагерцового излучения, канадцем Роббертом Бойдом. Подготовка этой публикации займет не менее полугода.
  Также продолжается проект по генерации терагерцового излучения в жидкостях. По этому направлению ученые также планируют несколько публикаций в ближайшее время.

Редакция ITMO.NEWS, Константин Крылов
2019-09-16
Ведущие учёные Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО выступили с докладами на крупнейшем международном форуме «IRMMW-THz 2019».
 
  Сотрудники Международного института Фотоники и Оптоинформатики Университета ИТМО приняли участие в 44-й Международной конференции по инфракрасным, миллиметровым и терагерцовым волнам IRMMW-THz 2019, которая проходила с 1 по 6 сентября в Париже.
  Эта конференция берет свое начало с 1974 года и является наиболее известным крупнейшим непрерывным форумом, специально посвященным области сверхвысокочастотной электроники и приложений. Здесь представляются фундаментальные и прикладные исследования, с самым широким спектром областей их примения (связь, безопасность, энергия, астрофизика, медицина, окружающая среда и т.д.). Ученые - физики и промышленники ежегодно встречаются на данной конференции и анализируют современное состояние науки и техники в области инфракрасных, терагерцовых и миллиметровых длин волн, а также определяют пути развития и будущие коллоборации.
  Тематика конференции в этом году включала в себе следующие основные направления:
  • Инфракрасная и терагерцовая спектроскопия
  • Источники, детекторы и приемники излучения
  • Гиротороны и осцилляторы
  • Нелинейная физика
  • Метаматериалы
  • Применения в медицине, биологии и индустрии
  • Миллиметровые и субмиллиметровые волны
 
  Год от года растет интерес к конференции, расширяется география и количество ее участников. В этом году в конференции приняли участие порядка 950 человек – и это рекорд за всю историю конференции IRMMW по количеству участников! Важно отметить, что российская делегация была второй по величине, после Китая. Учёные из России составили 12% процентов от общего числа участников конференции. Всего на конференции было представлено 505 устных докладов и 445 – постерных.



  Конференцию «IRMMW-THz 2019» открыл лауреат Нобелевской премии по физике 2018 года, профессор Жерар Муру. Он рассказал об истории своих исследований в области импульсных лазеров и наиболее интересных результатах. Также Жерар Муру поделился своими впечатлениями о церемонии вручения нобелевской премии.

проф. Жерар Муру (открывает конференцию)

   Сотрудники лаборатории «Фемтосекундной оптики и фемтотехнологий» Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО представили на конференции пять докладов по тематикам нелинейных процессов в ТГц диапазоне частот.
  Профессор Университета Рочестера и научный руководитель Международного института «Фотоники и оптоинформатики» Университета ИТМО Кси-Ченг Жанг и магистрантка одноимённого факультета Евгения Пономарева представили доклады в области высокоинтенсивных ТГц источников. Тематика доклада Марии Жуковой, аспирантки факультета Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО, связана с исследованием нелинейностей жидкостей в ТГц диапазоне частот и с областью терагерцового материаловедения. А Ольга Смолянская, руководитель международной лаборатории «Фемтомедицины» Университета ИТМО, доцент факультета Фотоники и Оптоинформатики, выступила на конференции докладом, подготовленным совместно с учёными лаборатории IMS Университета Бордо. Доклад посвящен применению терагерцовой спектроскопии в медицине.
 

  В рамках конференции также проходила выставка, на которой было представлено инновационное оборудование, в основе которого лежит применение терагерцовых волн. Свои последние достижения демонстрировали двадцать девять ведущих мировых производителя. И этот факт подтверждает очевидное стремительное развитие данной области науки, как в фундаментальных исследованиях, так и в прикладных.


Мария Жукова, Ольга Смолянская, Евгения Погомарёва, проф. Кси-Ченг Жан

  Конференция запомнилась большим количеством ярких и интересных докладов, плодотворными дискуссиями с коллегами, и, кончено же, французским шиком и гостеприимством организационного комитета и принимающей стороны.
 
Официальный сайт конференции
2019-09-12
Ведущий учёный факультета Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО выступил с докладом на «HOLOEXPO 2019».

  10 – 12 сентября 2019 года, в одном из прекрасных пригородов Санкт-Петербурга, проходила очередная, «XVI международная конференция по голографии и прикладным оптическим технологиям» («HOLOEXPO 2019»). Конференция проходит ежегодно с 2004 года в разных городах России.
  HOLOEXPO — эффективная площадка для взаимодействия экспертов научно-исследовательских институтов и специалистов производственных компаний из России и других стран мира.
  Цель конференции — Обсуждение новейших научно-технических достижений, демонстрация продукции, оценка состояния рынка и выявление тенденций развития отрасли в области голографии и прикладных оптических технологий.
Тематика этой конференции включает широкий круг вопросов, связанных использованием голографических технологий для прикладных задач обработки и передачи информации, улучшения качества изображений, создания новых систем фотолитографии с высоким разрешением, созданием оптических прицелов, построенным по голографическому принципу.
  Основные темы «HOLOEXPO 2019».
  • Новые технологии получения защитных голограмм
  • Формирование изображений и отображение информации с помощью голограммной оптики и оптико-голографических систем
  • Голограммные и дифракционные оптические элементы, метаматериалы, нанотехнологии и плазмонные структуры для голографии
  • Объемная голография и фоточувствительные материалы для голографии
  • Голографическая интерферометрия, голографическая память, оптико-голографическая обработка информации
  Конференция традиционно привлекает как учёных – исследователей, так и разработчиков из различных промышленных организаций. Для специалистов, уже имеющих опыт научной работы, посещение такой конференции – хорошая возможность обсудить последние достижения и дальнейшие перспективы научных исследований. Молодые специалисты здесь получают навыки представления своих первых научных результатов, а некоторые – находят интересную работу.
  Ведущий учёный факультета Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО, д.ф.-м.н. В.М.Петров, представил на конференции доклад «Голографические фильтры в оптических информационных технологиях».
Сайт конференции www.holoexpo.ru
2019-09-02
Мария Жукова, аспирантка факультета Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО – трижды лауреат стипендии Президента РФ.
  В Университете ИТМО состоялось заседание комиссии, где были подведены итоги конкурса на назначение стипендий Президента РФ на 2019/2020 уч. год. Всего, согласно Приказа Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, Университету ИТМО было выделено семь стипендий Президента РФ для аспирантов. Стипендии предназначены для обучающихся по образовательным программам высшего образования, имеющим государственную аккредитацию, по очной форме обучения, по специальностям или направлениям подготовки, соответствующим приоритетным направлениям модернизации и технологического развития российской экономики.
  По результатам работы комиссии Мария Жукова, выпускница кафедры Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО 2016 года, аспирантка факультета Фотоники и оптоинформатики, удостоена стипендии Президента РФ на 2019/2020 уч. год.
  Таким образом, Мария Жукова, аспирантка 4-го года обучения и сотрудница Международного института «Фотоники и оптоинформатики» Университета ИТМО стала уже трижды лауреатом стипендии Президента РФ. От всей души поздравляем Марию!
  Награды и достижения Марии Жуковой.
Лучший студент Университета ИТМО 2013 г.
Стипендия Правительства РФ 2013 г.
Лучший студент Университета ИТМО 2015 г.
Стипендия Президента РФ 2015 г.
Стипендия Президента РФ 2018 г.
Стипендия Президента РФ 2019 г.
2019-08-19
Аспирант факультета Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО Антон Козубов стал единственным докладчиком из России, приглашенным на QKD Security workshop.

Антон Козубов
 
  QKD Security workshop
— семинар, который объединяет лучших ученых в области доказательств секретности квантового распределения ключей.   В этом году мероприятие состоялось в Университете Торонто (Канада), а его единственным участником из России стал ученый из Университета ИТМО — аспирант факультета Фотоники и оптоинформатики, сотрудник международной лаборатории Квантовой информатики Антон Козубов. На семинаре он выступил с докладом о своей работе, а в интервью ITMO.NEWS рассказал о том, над чем сегодня работают ведущие лаборатории мира и какие задачи еще предстоит решить на пути создания более совершенных методов защиты информации.
  Quantum Key Distribution (QKD) Security workshop организуется закрытым сообществом специалистов, сюда приглашают всего 30 ведущих ученых в области квантовой криптографии. Что это за специалисты и какими конкретно вопросами они занимаются?
  Стоит начать с того, что вопрос защиты информации на сегодняшний день является очень актуальной темой. Некоторые уже давно поняли, а некоторые только начинают понимать, что современные методы криптографии нам не сильно подходят, ведь они основаны на предположении, что у злоумышленников просто недостаточно вычислительных мощностей. Так строить свою защиту нельзя. Стойкость нашей зашифрованной информации со временем падает, поэтому нам нужно переходить к другим парадигмам. Другая парадигма, как раз позволяющая избежать того, что со временем стойкость информации падает, заключается в использовании квантового распределения ключей.
  Ученые, которые собрались на этом семинаре, — ведущие специалисты в этой области, они создают системы квантовой криптографии, доказывают их стойкость, разрабатывают новые протоколы, которые позволяют повышать эффективность этих систем и встраивать их в современную инфраструктуру.
  География специалистов, которые занимаются комплексом этих вопросов, достаточно обширна. Например, на семинаре присутствовали ученые из Канады, США, Китая, Швейцарии, Англии, Чехии и России.

Университет Торонто

  Вы стали единственным участником из России. Как удалось войти в число приглашенных спикеров?
Семинар проводится второй год, и на него действительно можно попасть только по приглашению. Так получилось, что в этом году мне предложили выступить там с приглашенным докладом. Думаю, это связано с тем, что только в нашей группе мы разрабатываем новые идеи и рассматриваем разные подходы к доказательствам стойкости систем квантового распределения ключей (КРК). Другие специалисты, которые работают в России по данной тематике, предпочитают скорее идти по проторенной дорожке, а в этом случае сложнее добиться новых выдающихся результатов.
 
  Квантовые коммуникации, как и, безусловно, любая область сегодня, постоянно развивается. Какие вопросы являются наиболее актуальными для сообщества сейчас?
  Тренды меняются каждый год. Например, в прошлом году сообщество говорило о том, что нужно максимально увеличивать дальность и производительность систем, но у этого был свой определенный линейный предел. А уже в этом году специалисты нашли способ, как обойти этот предел, и смогли предложить новые протоколы, которые позволяют еще больше увеличить дальность и скорость генерации ключей за счет того, что мы сделаем, например, недоверенный узел детектирования. Такие протоколы как раз очень активно сейчас разрабатываются, и все ведущие лаборатории мира пытаются представить свои варианты реализации.
  Пока реализации подобного рода протоколов в реальной жизни еще нет, все они пока находятся по большей части на лабораторных столах. Однако примеры реализации систем КРК в реальной жизни уже давно есть, примерно с 2010 годов почти все банки Швейцарии и Австрии пользуются соответствующими инструментами. Например, такие решения предоставляет банкам известная компания ID Quantique. В России с этим немного сложнее, потому что у нас, чтобы реализовывать такого рода продукцию, нужно получить лицензию. У нас в стране пока лицензированных продуктов нет, но, в частности, мы уже согласовали ТЗ с соответствующими органами и надеемся в скором времени пройти лицензирование.

Лаборатория Квантовой информатики Международного института Фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО

  На семинаре вы представили собственный доклад. Над какими исследованиями работаете в последнее время лично вы?
 В нашей лаборатории уже много лет разрабатывается система квантового распределения ключей. Ее главное отличие в том, что она разрабатывается на особенном принципе формирования состояний (подробнее об особенности системы, разработанной в Университете ИТМО).
 То есть мы изначально пошли по нестандартному пути: первоначально у нас появился экспериментальный образец, а уже после, относительно недавно, мы начали разрабатывать под него теорию. И так как все это мы делали с нуля, то столкнулись с рядом сложностей и нетривиальных вопросов, которые раньше нигде не рассматривались, так как нигде такие состояния не используются. Это привело к тому, что работа в этом направлении помогла нам открыть совершенно новую, отдельную область исследований в квантовой теории информации.
 На сегодняшний день практически все ведущие лаборатории в мире используют один и тот же протокол для функционирования своих систем, соответственно они применяют практически одинаковые методики и способы доказательства стойкости этих протоколов. Мы же, в свою очередь, показали, что в нашем разрезе такие методики не валидны, ими нельзя пользоваться — и это один из новых результатов. Кроме того, мы разработали доказательства, которые как раз позволяют учитывать разные аспекты. Например, раньше рассматривались только квантовые каналы как линейные отображения, мы же можем рассматривать их и как нелинейные. Таким образом, мы расширяем существующую теорию.
На семинаре я рассказал о протоколах, которые мы у себя реализуем, про то, как мы с ними работаем, а также представил способ доказательства стойкости протокола, который мы используем. Получилось так, что мы забежали немного вперед всей мировой индустрии. Еще год назад в отношении наших доказательств, которые тогда мы только начали предлагать, говорили, что они никому, кроме нас, не интересны. А сейчас Twin-Field (новый протокол квантового распределения ключей, который позволяет передавать ключи на расстояния более 1000 км без доверенных ретрансляторов или квантовых повторителей — прим.ред.), которым все активно занимаются, использует практически такие же состояния, и, соответственно, нашими подходами интересуются уже во всем мире.
 
  Этот интерес идет пока только со стороны научного сообщества?
  Пока да. Но, на мой взгляд, уже есть все предпосылки того, чтобы этим начала интересоваться и индустрия. Мы уже смогли выйти на необходимые производственные мощности. Кроме того, уровень технологий уже вышел на тот этап, когда это может применяться в реальной жизни. И опыт наших зарубежных коллег показывает, что это реально.
Быстрее всего эти подходы могут быть использованы в той же банковской сфере, в государственном секторе, в военных структурах — в тех областях, где защита информации требует наиболее трепетного отношения, где любая утечка информации может привести к краху.
 
  В целом когда говорят о преимуществах квантовой криптографии, прежде всего отмечают, что квантовые коммуникации гарантируют абсолютную неуязвимость линий оптической связи для хакерских атак, поскольку в системе квантовых коммуникаций на защиту данных встают фундаментальные законы квантовой физики. Однако свои проблемы и риски, безусловно, есть. Над какими проблемами работаете вы в своей научной группе?
  Риски есть всегда, куда же без них. Но тут надо подчеркнуть очень важную вещь: раньше по разным, скорее всего, маркетинговым причинам люди говорили, что квантовое распределение ключей позволяет обеспечить абсолютную стойкость зашифрованной с помощью этих ключей информации. Но нужно понимать, что это неправда, даже более того, это не является задачей квантового распределения ключей. Его задача заключается в том, что со временем стойкость вырабатываемых системой ключей не будет меняться, в отличие от той криптографии, которая у нас есть на сегодняшний день. Там стойкость ключа падает, иногда даже экспоненциально, со временем, а у нас она остается неизменной.
  Мы сейчас работаем над еще большим обобщением области, в которую мы зашли, потому что пока вопросов больше, чем ответов. В частности, необходимо разрабатывать новое обобщенное понятие оценки информации в подобных системах, так как те способы, которые мы имеем на сегодняшний день, не позволяют делать это адекватно, приходится делать это с помощью разных «костылей», перенормировок и прочего. А нам хотелось бы понять, как это можно сделать в общем виде и за одну итерацию.

  Насколько активно вы работаете с международным сообществом, зарубежными коллегами?
 Люди в нашей области очень открыты. Например, в прошлом году мы провели больше месяца в Цюрихе у нашего коллеги, одного из ведущих ученых в области Ренато Реннера(Professor for Theoretical Physics and head of the research group for Quantum Information Theory in ETH Zurich), который фактически является одним из основателей той науки, которой мы занимаемся. На семинаре в Канаде мне также удалось предметно пообщаться с коллегой из Китая, который заинтересован в сотрудничестве и проведении совместных исследований.
 
Редакция ITMO.NEWS, Елена Меньшикова
Предыдущая    1    2    3    4    5    6    Следующая
Design by Anton Alfimov         Powered by MagicTeam