Kvantová dynamika, optika a informatika

Už více než sto let kvantová mechanika prokazuje, že je správnou teorií pro popis fyziky mikrosvěta. Její kouzlo spočívá i v tom, že opakovaně odhaluje neočekávané a fascinující efekty. Jedno z posledních překvapení vzniklo ze spojení kvantové mechaniky, teorie informace a simulací, což vedlo ke konceptu kvantové teorie informace. Základní myšlenkou tohoto směru výzkumu je využití kvantových částic jako nosičů informace. To otevírá nové možnosti zpracování informace, které nemají v klasické informatice obdobu.

Naše skupina se soustředí na výzkum v oblasti kvantové dynamiky, kvantové informace a kvantové optiky. Zkoumáme vlastnosti kvantových procházek a jejich aplikací pro simulace koherentního přenosu excitací. Zajímáme se o otevřenou dynamiku, tj. evoluci fyzikálních soustav pod vlivem interakce s okolím, a její efekt na kvantové soustavy. Dále zkoumáme vývoj kvantových systémů pod vlivem měření, což v některých případech vede k chaotické dynamice. V oblasti kvantové informace se zaměřujeme na vyhledávací algoritmy a přenos stavu mezi uzly sítě. Zabýváme se i problémem tzv. bosonového vzorkování, což je klasicky náročná úloha, na které je možné studovat výhody kvantových počítačů. Naše výsledky byly základem řady experimentů provedených skupinou prof. Silberhorn v Paderbornu s využitím lineární kvantové optiky. Ve výzkumu úzce spolupracujeme se skupinami z Německa (Paderborn, Darmstadt, Ulm), Maďarska (Budapešť), Velké Británie (Glasgow), Japonska (Yokohama) nebo Řecka (Heraklion).

Členové skupiny

Pracovníci

Vybrané publikace

• M. Štefaňák and S. Skoupý: Quantum walk state transfer on a hypercube, Phys. Scr. 98, 104003 (2023) [iop]
• J. Novotný, J. Maryška, and I. Jex: Jaynes' principle for quantum Markov processes: generalized Gibbs-von Neumann states rule. Eur. Phys. J. Plus 138, 657 (2023) [arxiv.org, springer]
• M. Štefaňák: Monitored recurrence of a one-parameter family of three-state quantum walks, Phys. Scr. 98, 064001 (2023) [arxiv.org, iop]
• D. Štěrba, J. Novotný and I. Jex: Asymptotic phase-locking and synchronization in two-qubit systems, J. Phys. Commun. 7, 045003 (2023) [iop]
• P.V. Pyshkin, A. Gábris, Da-Wei Luo, J.Q. You, and Lian-Ao Wu: Tunable Tradeoff between Quantum and Classical Computation via Nonunitary Zeno-like Dynamics, Phys. Rev. Applied 18, 044060 (2022) [arxiv.org, aps.org]
• N. Konno, E. Segawa and M. Štefaňák: Relation between Quantum Walks with Tails and Quantum Walks with Sinks on Finite Graphs, Symmetry 13, 1169 (2021) [mdpi]
• J. Novotný, A. Mariano, S. Pascazio, A. Scardicchio, and I. Jex: Relaxation to equilibrium in controlled-not quantum networks, Phys. Rev. A 103, 042218 (2021) [arxiv.org, aps.org]
• T. Nitsche, S. De, S. Barkhofen, E. Meyer-Scott, J. Tiedau, J. Sperling, A. Gábris, I. Jex, and Ch. Silberhorn: Local Versus Global Two-Photon Interference in Quantum Networks. Phys. Rev. Lett. 125, 213604 (2020) [arxiv.org, aps.org]
• J. Mareš, J. Novotný, M. Štefaňák, and I. Jex: Counterintuitive role of geometry in transport by quantum walks. Phys. Rev. A 101, 032113 (2020) [arxiv.org, aps.org]
• R. Kruse, C. S. Hamilton, L. Sansoni, S. Barkhofen, Ch. Silberhorn, and I. Jex: Detailed study of Gaussian boson sampling. Phys. Rev. A 100, 032326 (2019) [arxiv.org, aps.org]
• T. Nitsche, S. Barkhofen, R. Kruse, L. Sansoni, M. Štefaňák, A. Gábris, V. Potoček, T. Kiss, I. Jex and Ch. Silberhorn: Probing measurement-induced effects in quantum walks via recurrence. Science Advances 4, eaar6444 (2018)  [sciencemag.org]
• C. S. Hamilton, R. Kruse, L. Sansoni, S. Barkhofen, Ch. Silberhorn, and Igor Jex: Gaussian Boson Sampling. Phys. Rev. Lett. 119, 170501 (2017) [arxiv, aps.org]

• S. Barkhofen, T. J. Bartley, L. Sansoni, R. Kruse, C. S. Hamilton, I. Jex, and Ch. Silberhorn: Driven Boson Sampling. Phys. Rev. Lett. 118, 020502 (2017). [arviv.org]

• A. Gilyén, T. Kiss, and I. Jex: Exponential Sensitivity and its Cost in Quantum Physics. Scientific Reports 6, 20076 (2016). [nature.com]

• M. Štefaňák, and S. Skoupý: Perfect state transfer by means of discrete-time quantum walk search algorithms on highly symmetric graphs, Phys. Rev. A 94, 022301 (2016). [arxiv.org]

• J. Maryška, J. Novotný, and I. Jex: Dominant couplings in qubit networks with controlled interactions, J. Phys. A 48, 215301 (2015). [arxiv.org]

• M. Štefaňák,  I. Bezděková, and I. Jex: Limit distributions of three-state quantum walks: The role of coin eigenstates, Phys. Rev. A 90, 012342 (2014). [arxiv.org]

• J. Novotný, G. Alber, and I. Jex: Universality in random quantum networks. Phys. Rev. A 92, 062335 (2015). [arxiv.org]

• F. Elster, S. Barkhofen, T. Nitsche, J. Novotný, A. Gábris, I. Jex, and Ch. Silberhorn: Quantum walk coherences on a dynamical percolation graph. Scientific Reports 5, 13495 (2015). [nature.com]

• A. Schreiber, A. Gábris, P. P. Rohde, K. Laiho, M. Štefaňák, V. Potoček, C. Hamilton, I. Jex, and Ch. Silberhorn: A 2D Quantum Walk Simulation of Two-Particle Dynamics. Science 336, 55 (2012). [arxiv.org]

• G. M. Nikolopoulos, A. Hoskovec, and I. Jex: Analysis and minimization of bending losses in discrete quantum networks, Phys. Rev. A 85, 062319 (2012). [arxiv.org]

• T. Kiss, S. Vymetal, L. D. Toth, A. Gabris, I. Jex, and G. Alber: Measurement-Induced Chaos with Entangled States, Phys. Rev. Lett. 107, 100501 (2011). [arxiv.org]

• A. Schreiber, K. N. Cassemiro, V. Potoček, A. Gábris, P. J. Mosley, E. Andersson, I. Jex, and Ch. Silberhorn: Photons Walking the Line: A Quantum Walk with Adjustable Coin Operations. Phys. Rev. Lett. 104, 050502 (2010). [arxiv.org]

• V. Potoček, A. Gábris, T. Kiss, I. Jex: Optimized quantum random-walk search algorithms on the hypercube. Phys. Rev. A 79, 012325 (2009). [arxiv.org]

• M. Štefaňák, I. Jex, and T. Kiss: Recurrence and Polya number of quantum walks, Phys. Rev. Lett. 100, 020501 (2008). [arxiv.org]

Další informace a aktuality v naší Facebookové skupině.