Кафедра квантовой электроники

О кафедре

Миссия кафедры – подготовка исследователей высокого класса в области современных лазерных технологий 

Направление подготовки: 510412 физика оптических явлений.

Базовый институт: Институт лазерной физики СО РАН.

 Кафедра квантовой электроники ФФ НГУ основана в 1999 году академиком РАН Сергеем Николаевичем Багаевым и базируется в Институте лазерной физики СО РАН. Сегодня лазерное излучение используется для широкого спектра технических задач – передачи и оптической обработки информации, лазерной обработки материалов, метрологии, фотохимии, спектроскопии и лазерной диагностике. Отдельно следует выделить применение лазеров в медицине, включая лазерную хирургию, офтальмологию. Основными направлениями исследований являются

  • Нелинейная лазерная спектроскопия высокого разрешения.
  • Оптические стандарты частоты и времени.
  • Лазерное охлаждение и захват атомов и ионов.
  • Оптоэлектроника многослойных сред.
  • Квантовая оптика.
  • Физика квантовой информации.

На базе кафедры реализуется магистерская программа «Квантовые информационные технологии» и разрабатывается англоязычная магистерская программа “Quantum Information Technologies and Nanoscience”. Крупные регулярные события по направлению деятельности кафедры – международный симпозиум “Modern Problems of Laser Physics” и конференция «Физика ультрахолодных атомов».

Бакалавры, магистры и аспиранты кафедры квантовой электроники выполняют научно-исследовательские работы по следующим тематикам:

  1. Лазерная спектроскопия высокого разрешения.
  2. Оптические стандарты частоты и прецизионные физические эксперименты.
  3. Квантовые информационные технологии
  4. Лазерное охлаждение и захват нейтральных атомов для оптических стандартов частоты нового поколения.
  5. Генерация ультракоротких лазерных импульсов.
  6. Твердотельные и полупроводниковые лазеры.
  7. Новые материалы квантовой электроники.
  8. Оптоэлектроника многослойных сред, включая фотонные кристаллы.
  9. Лазеры в медицине и биологии.
  10. Лазерно-плазменные нанотехнологии.

Особенности обучения на кафедре

- Высокий уровень научных публикаций преподавателей, аспирантов и студентов

- Кропотливая работа с уникальными экспериментальными установками

- Активное международное сотрудничество с ведущими исследовательскими центрами по всему миру

- Интернациональный характер подготовки – есть иностранные студенты и аспиранты

- Регулярное представление результатов работы на школах и конференциях, в том числе международных.

 Уникальные экспериментальные установки – база для практики студентов

 Лазерная система для стандартов частоты на основе ультрахолодных атомов магния ИЛФ СО РАН
 Оптический стандарт частоты на основе одиночных ионов иттербия ИЛФ СО РАН
Прототип квантового процессора на основе ультрахолодных атомов рубидия ИЛФ СО РАН
Ключевые научные публикации сотрудников кафедры

Преподаватели

Название

Журнал

DOI

2021

Юдин В.И., Тайченачев А.В., Прудников О.Н., Багаев С.Н.

Combined atomic clock with blackbody-radiation-shift-induced instability below 10(-19) under natural environment conditions

New Journal of Physics

10.1088/1367-2630/abe160

Юдин В.И., Тайченачев А.В.

Protocol for Light-Shift Compensation in a Continuous-Wave Microcell Atomic Clock

Phys. Rev. Applied

10.1103/PhysRevApplied.14.034015

Прудников О.Н.

Guided-mode waves structure of electric and magnetic dipole resonances in a metamaterial slab

Optics Express

10.1364/OE.437899

Царев А.В.

Effect of Dispersion-Enhanced Sensitivity in a Two-Mode Optical Waveguide with an Asymmetric Diffraction Grating

Sensors

10.3390/s21165492

2020

Юдин В.И., Тайченачев А.В.

General Methods for Suppressing the Light Shift in Atomic Clocks Using Power Modulation

Phys. Rev.A

10.1103/PhysRevApplied.14.024001

Юдин В.И., Тайченачев А.В.

Generalized Ramsey methods in the spectroscopy of coherent-population-trapping resonances

Phys. Rev.A

10.1103/PhysRevA.102.013511

Юдин В.И., Тайченачев А.В.

Dynamic Continuous-Wave Spectroscopy of Coherent Population Trapping at Phase-Jump Modulation

Phys. Rev. Applied

10.1103/PhysRevApplied.13.034060

Бетеров И.И.

Symmetric Rydberg controlled-Z gates with adiabatic pulses

Phys. Rev.A

10.1103/PhysRevA.101.062309

Царев А.В.

Numerical Simulation of Optical Sensing by the Far Field Pattern Radiated by Periodic Grating Strips Over Silica Buffer on the Silicon Wire Waveguide

Sensors

10.3390/s20185306

Основные международные научные партнеры

Руководство кафедры

И.о. заведующего кафедрой

И.о. заведующего кафедрой

д.ф.-м.н.

Телефон: (383) 330-61-10

Заместитель заведующего кафедрой

Заместитель заведующего кафедрой

к.ф-м.н.

Телефон: (383) 333-24-08

Секретарь кафедры

Секретарь кафедры

Телефон: (383) 333-24-08

Спецкурсы и преподаватели
            Название и цель курса      Преподаватель
             Магистратура – квантовая электроника  
              Механическое действие лазерного излучения на атомы

     Овладение базовыми понятиями, моделями и методами физики лазерно-охлажденных атомов, понимание основных типов сил, действующих на атомы в поле резонансного лазерного излучения, а также основных механизмов лазерного охлаждения атомов до сверхнизких температур.
    1 семестр
  
   

Алексей Владимирович Тайченачев, 
чл.-к. РАН

       Атомная и молекулярная спектроскопия

     Создание целостной картины строения атомов и молекул, их поведения при взаимодействии с различными видами излучений, обучение слушателей теоретическим основам атомной и молекулярной спектроскопии, получение ими практических навыков использования полученных знаний,  умение интерпретировать типичные УФ- и ИК-спектры.
     1 семестр
  
  

Алексей Иннокентьевич Чичинин,
д.ф.-м.н.

       Современная квантовая лазерная метрология

     Овладение физическими принципами работы современных стандартов частоты и времени, методами расчета спектроскопических сигналов, расчета основных систематических погрешностей при измерении частоты, новых спектроскопических методов, применяемых в современных атомных часах.
     2 семестр
   
   

Валерий Иванович Юдин,
д.ф.-м.н.

       Лазерная спектроскопия

     Овладение базовыми понятиями и основными теоретическими и экспериментальными методами современной лазерной спектроскопии.
     2 семестр
 
    

Бетеров Илья Игоревич,
 к.ф.-м.н.

       Оптоэлектроника

     Овладение физическими основами распространения и преобразования световых волн в многослойных диэлектрических средах планарного типа, методами расчета амплитудных и энергетических коэффициентов отражения и пропускания многослойных структур, методами формирования, расчета и взаимодействия волновых мод, изучение свойств запрещенных зон в периодических слоистых структурах.
     2 семестр
   
    

Петр Емельянович Твердохлеб,
д.ф.-м.н., профессор

       Магистратура – квантовые информационные технологии  
       Введение в физическое квантовое программирование

     Овладение базовыми понятиями современной квантовой информатики, освоение основных квантовых алгоритмов, получение основных представлений о физических системах, используемых в качестве платформы для квантовых вычислений.
     1 семестр
   
   

Бетеров Илья Игоревич,
 к.ф.-м.н.

       Квантовые стандарты частоты и квантовые сенсоры на основе ультрахолодных атомов
     
     Овладение базовыми принципами и физическими механизмами контролируемого приготовления и опроса квантовых состояний ультрахолодных атомов, использования их для построения атомно-оптических интерферометров и высокочувствительных квантовых сенсоров на их основе.
     1 семестр
   
   

Олег Николаевич Прудников,
д.ф.-м.н.

        Системы квантовой криптографии
     
     Овладение базовыми понятиями современной квантовой криптографии, изучение экспериментальных систем для квантово-защищенной передачи данных.
     1 семестр 
   
    

Денис Борисович Третьяков,
к.ф.-м.н.

       Кремниевая фотоника 

     Овладение базовыми понятиями и основными теоретическими и экспериментальными методами современной кремниевой фотоники, изучение интегральных оптических схем, планарных волноводов.
     1 семестр
     
    

Андрей Владимирович Царев,
д.ф.-м.н.

       Квантовая электродинамика сверхпроводниковых джозефсоновских кубитов

     Овладение базовыми понятиями и основными теоретическими и экспериментальными методами квантовой кубитов, использующих переходы Джозефсона в сверхпроводниках.
     3 семестр
     
      

Яков Симхонович Гринберг,
д.ф.-м.н., профессор

       Полупроводниковая элементная база квантовой информатики

     Освоение базовых принципов реализации квантовых вычислений с использованием полупроводниковой элементной базы, включая квантовые точки, изучение методов управления квантовым состоянием твердотельных систем.
     3 семестр
     
        

Айгуль Фанизовна Зиновьева,
к.ф.-м.н.

       Квантовое машинное обучение

     Данный курс является вводным с одной стороны в машинное обучение, с другой – погружает в область квантовых вычислений с целью изучения алгоритмов квантового машинного обучения.
     3 семестр
   
      

Евгений Николаевич Павловский,
к.ф.-м.н.

        Бакалавриат  
      Теоретические основы квантовой электроники

     Дать студентам углубленные знания тех разделов электродинамики и квантовой механики, которые являются базовыми в квантовой электронике: научить основным методам, применяемым в задачах квантовой электроники, подготовить к освоению специальных дисциплин в области квантовой электроники, квантовой оптики и лазерной физики, подготовить к исследовательской работе в этих областях.
     5,6 семестр
   
   

Алексей Владимирович Тайченачев,
чл.-к. РАН

       Прикладная оптика

     Овладение базовыми понятиями и основами прикладной оптики, овладение знанием об основных типах преобразования гауссовых пучков в оптических системах.
     5  семестр
   
    

Петр Емельянович Твердохлеб,
д.ф.-м.н., профессор

       Современные проблемы лазерной физики

     Дать обучающимся знания в области современной оптики, лазерной физики, спектроскопии и метрологии и научить их использовать в своей научно-исследовательской деятельности данные о новейших и перспективных физических экспериментах и методах их проведения, фундаментальных исследованиях и научно-исследовательских разработках.
     7,8 семестр
           
  

Виктор Валерьевич Петров,
к.ф.-м.н.

       Статистическая оптика 

     Знакомство с понятиями статистического описания оптических явлений, овладение методами статистической оптики, теорией случайных процессов, овладение навыками приложения методов статистической оптики к некоторым современным задачам оптики и лазерной физики.
     6,7 семестр
    
    

Денис Викторович Бражников,
к.ф.-м.н.

       Экспериментальные методы квантовой электроники

     Овладение базовыми знаниями методов и приборов, используемых при проведения экспериментальных исследований в области квантовой электроники, ознакомление с методами измерения и методами управления параметрами излучения лазеров, их использования при проведении физических экспериментов.
     7,8 семестр
       
       

Андрей Николаевич Гончаров,
д.ф.-м.н.

      Электронные системы управления лазерным излучением

     Овладение базовыми понятиями, моделями и методами проектирования и использования изделий, узлов и систем аналоговой и цифровой электроники для систем лазерной физики.
     7,8 семестр
 
       Аспирантура 03.06.01 Физика и астрономия. Оптика  
       Оптические стандарты частоты 

     Дисциплина предназначена для аспирантов, область будущей научной деятельности которых включает метрологию и инженерную деятельность с использованием лазерного излучения, исследование взаимодействия оптического излучения с веществом, научные и технологические разработки в области лазерных систем и квантовой метрологии.
     3 семестр
   
     

Валерий Иванович Юдин,
д.ф.-м.н.

       Дополнительные главы квантовой оптики

     Применение квантово-оптических методов в системах анализа вещества, передачи и обработки информации, в технологических и измерительных оптических системах, формирование представления о связи квантовой оптики с лазерной физикой, проблемах приложения квантово-оптических методов исследования в науке и технике.
     3 семестр
  
     

Леонид Вениаминович Ильичев,
д.ф.-м.н., профессор

       Современные проблемы лазерной физики и фотоники

     Цель регулярного научного семинара – дать аспирантам базовые представления по широкому спектру проблем современной лазерной физики и фотоники. Для докладов на семинарах привлекаются ведущие ученые академических институтов и университетов, приглашенные отечественные и зарубежные профессора. Обучающиеся представляют реферативные научные доклады.
     3,4,5,6 семестры
  
   

Виктор Валерьевич Петров,
к.ф.-м.н.

     

Программы курсов кафедры

Бакалавриат

Магистратура

Квантовая электроника
Квантовая информатика
Расписание спецкурсов

Весенний семестр, 2024/2025 учебный год.

   3 курс, группа 22354
Время Название дисциплины Место Преподаватель ПА
Среда 11:00 Теоретические основы квантовой электроники 2 ИЛФ СО РАН, к. 425 Алексей Владимирович Тайченачев Экзамен
Среда 14:30 Физическая оптика 1 ИАиЭ СО РАН, уч.центр Денис Викторович Бражников Зачёт
Учебная практика (ознакомительная практика) Илья Игоревич Бетеров
Диф. зачёт

   4 курс, группа 21354
Время Название дисциплины  Место  Преподаватель  ПА
Среда 11:50 Экспериментальные методы квантовой электроники 2 ИЛФ СО РАН, к. 426 Андрей Николаевич Гончаров  Экзамен 
Среда 13:40 Электронные системы управления лазерным излучением 2  ИЛФ СО РАН, к. 426 Вадим Аркадьевич Жмудь Экзамен 
Четверг 10:10  Современные проблемы квантовой физики 2 ИЛФ СО РАН, к. 426 Виктор Валерьевич Петров Зачёт
     Производственная практика (научно-исследовательская работа) Илья Игоревич Бетеров Диф. зачёт
     Производственная практика (преддипломная практика) Илья Игоревич Бетеров Диф. зачёт

   1 курс магистратуры, группа 24378
Время Название дисциплины Место Преподаватель ПА
Среда 10:00 Лазерная спектроскопия  ИЛФ СО РАН, спецпавильон Илья Игоревич Бетеров Экзамен
Производственная практика (научно-исследовательская работа) Илья Игоревич Бетеров Диф. зачёт

   2 курс магистратуры, группа 23378
Время Название дисциплины Место Преподаватель ПА 
Производственная практика (научно-исследовательская работа) Илья Игоревич Бетеров Диф. зачёт
Производственная практика (преддипломная практика) Илья Игоревич Бетеров Диф. зачёт
Учебно-методические материалы
Чичинин А.И. Атомная и молекулярная спектроскопия.
Ильичёв Л.В. Элементы квантовой метафизики: Часть 1, Часть 2, Часть 3.
Ильичёв Л.В. Основы квантовой оптики.
Жмудь В.А., Тайченачев А.В. Системы автоматического управления высшей точности.
Предлагаемые темы дипломных и курсовых работ

Темы курсовых работ

Электричество и магнетизм

Тема

Руководитель

Магнитные зонды для измерения полей в плазме

Шайхисламов Ильдар Фаритович

КПД использования импульсно-периодического СВЧ генератора при создании плазмы в квазицилиндрическом резонаторе

Медведев Алексей Эдуардович

Оценка тепловых потерь в квазицилиндрическом медном резонаторе на частоте 2,47 ГГц

Медведев Алексей Эдуардович

Оценка мощности СВЧ разряда создаваемого в аргон-метано-водородной смеси квазицилиндрического резонатора

Медведев Алексей Эдуардович

Исследование зависимости энергии генерации индукционного азотного (водородного или фторного или неонового) лазера от параметров системы накачки

Чуркин Дмитрий Сергеевич

Измерение параметров катушек в конфигурации Гельмгольца с током в обратном направлении при импульсном выключении магнитного поля

Якшина Елена Алексеевна

Исследование электронных систем управления квантово-каскадными лазерами

Колкер Дмитрий Борисович

СВЧ согласования полупроводниковых лазеров для атомных часов

Навроцкий Леонид Григорьевич

Разработка ВЧ генератора на 13,56 мГц, для проведения низкотемпературной абляции биологической ткани

Навроцкий Леонид Григорьевич

Оптика

Тема

Руководитель

Исследование пространственных характеристик излучения полупроводникового лазера

Гончаров Андрей Николаевич

Измерение ширины спектра лазерного излучения с помощью интерферометра Фабри-Перо.

Гончаров Андрей Николаевич

Исследование характеристик лазера с вертикальным резонатором

Скворцов Михаил Николаевич

Исследование сдвигов резонанса когерентного пленения населенностей в рубидии

Скворцов Михаил Николаевич

Исследование характеристик излучения мощного полупроводникового лазера

Петров Виктор Валерьевич

Исследование параметров фемтосекундной лазерной системы

Трунов Владимир Иванович

Исследование лазерной плазмы для технологических приложений

Грачев Геннадий Николаевич

Исследование спонтанного УФ излучения биообъектов с помощью ФЭУ в режиме счета фотонов

Навроцкий Леонид Григорьевич

Регистрация вынужденного свечения биологически активных зон кожного покрова под действием импульсной лампы ИФК 2000

Навроцкий Леонид Григорьевич

Изучение параметрической генерации света

Колкер Дмитрий Борисович

Стипендии

Базовый институт кафедры, Институт лазерной физики СО РАН, активно поддерживает студентов, аспирантов и молодых сотрудников. Для этих целей проводится специальная молодёжная программа, которая включает в себя:

  1. Молодым сотрудникам Института, поступившим в магистратуру или аспирантуру на базовые кафедры Института (ЛС в НГТУ и КЭ в НГУ) и успешно выполняющим учебный план и план научной работы, обеспечивается оплата труда не ниже полного месячного минимального размера оплаты труда независимо от занимаемой доли оклада;
  2. Ежегодно среди студентов и аспирантов проводится конкурс на «стипендию ИЛФ СО РАН» за успехи в учебе и заслуги в научной деятельности;
  3. Ежегодно проводится молодёжный конкурс-конференция ИЛФ СО РАН с денежными вознаграждениями за призовые места;
  4. Активно поддерживается участие молодежи во всероссийских и международных конференциях. При наличии финансовых возможностей, проводится премирование студентов и молодых сотрудников за получение дипломов/наград на конкурс- конференциях всероссийского и международного уровня;
  5. Институт осуществляет информационную и консультационную поддержку при подаче документов в различные фонды, оказывающих денежную поддержку молодым ученым, аспирантам и студентам;
  6. Помимо этого Институт помогает молодым работникам в улучшении жилищных условий.
Более подробно с доступными программами и политикой Института можно ознакомиться на его сайте.

Студенты кафедры квантовой электроники, проходящие практику в другом институте или организации могут принимать участие в молодёжном конкурсе-конференции (п.3), а также получать информационную и консультационную поддержку. За другими мерами поддержки им следует обратиться по месту прохождения практики.

Выпускники

Выпускники кафедры в 2016-2024

ФИО

Тема выпускной квалификационной работы

2024, аспирантура  
Капуста Дмитрий Николаевич Создание интенсивного источника холодных атомов рубидия для высокочувствительного интерферометра-гравиметра
2024, магистратура   
Баздырев Никита Андреевич  Формирование терагерцевых вихревых бесселевых пучков с помощью отражающих аксиконов с использованием излучения Новосибирского лазера на свободных электронах 
Сулиман Гадир  Трёхфотонное лазерное возбуждение одиночного ридберговского атома в оптической дипольной ловушке 
2024, бакалавриат   
Козлова Катерина Семёновна  Магнито-индуцированная прецессия атомного спина в поле эллиптически поляризованной световой волны для приложений к атомной магнитометрии 
Папченко Анастасия Вячеславовна  Оптимизация выходных параметров диссипативных солитонов в усилителе на основе тейперированного иттербиевого волокна 
Прилуцкая Анна Александровна  Стабилизация частоты полупроводникового лазера для экспериментов с одиночными атомами в оптических дипольных ловушках 
2023, магистратура
Бетлени Павел Игоревич Оптическая система для выполнения двухкубитовых вентилей с нейтральными атомами
Козьмин Артём Дмитриевич Методы машинного обучения для обработки сигналов газовых сенсоров
Мартынов Глеб Олегович Двухфотонное лазерное возбуждение холодных атомов рубидия в ридберговские состояния
Чэнь Цзюньси Квантовый алгоритм решения задачи коммивояжера
2022, магистратура
Журавлев Никита Алексеевич Квантовая и классическая коррекция ошибок при выполнении квантовых алгоритмов
Коновалова Алёна Олеговна Исследование особенностей теплового распределения в активных элементах мощного лазерного усилителя

2021, аспирантура

Швыдкой Дмитрий Олегович

Пространственно-временные аберрации в лазерных фемтосекундных системах с когерентным сложением полей

2021, магистратура

Альянова Наталья Викторовна

Оптимизация однокубитовых операций с одиночными атомами рубидия в оптических дипольных ловушках

Михайлов Антон Михайлович

Форма линии субдоплеровских резонансов в газе атомов в поле встречных бихроматических лазерных пучков

Шепелин Артем Витальевич

Квантовая информация во временной петле с расщеплённым согласованием состояний

2021, бакалавриат

 

Зубарев Евгений Владимирович

Исследование характеристик УФ генерации азотного лазера с накачкой импульсным индукционным цилиндрическим разрядом

2020, магистратура

 

Ашкарин Иван Николаевич

Алгоритмы квантовой симуляции физических систем на основе ридберговских атомов

Камешков Олег Эдуардович

Исследование возможности создания плазмонных мультиплексных коммуникационных систем с использованием вихревых плазмонов

Кудлаев Ярослав Валерьевич

Регистрация одиночных атомов рубидия в оптической дипольной ловушке

2020, бакалавриат

Журавлев Никита Алексеевич

Квантовое моделирование молекулы водорода с использованием среды IBM Quantum Experience

2019, аспирантура

Купцов Глеб Владимирович

Исследование физических принципов усиления сверхкоротких импульсов в тераваттной лазерной системе с частотой повторения до 1000 Гц

2019, магистратура

Макаров Антон Олегович

Исследование ячеек с щелочными металлами Cs и Rb и лазеров с вертикальным резонатором для создания миниатюрных атомных часов на основе когерентного пленения населенностей

Руменских Марина Сергеевна

Исследование лазерной плазмы методом спектральной диагностики свечения ионов

Ткаченко Роман Андреевич

Исследование характеристик генерации индукционного Ar I лазера

Шпаков Дмитрий Иванович

Исследование оптических характеристик растворов ДНК методом импульсной ТГц спектроскопии

2018, магистратура

Макаренко Максим Олегович

ПТ–симметричный волоконный лазер

2018, бакалавриат

Малахов Демьян Андреевич

Источник излучения в среднем ИК-диапазоне с плавной перестройкой длины волны

Грязнов Денис Максимович

Система для стабилизации частоты лазеров на основе сканируемого интерферометра Фабри-Перо

Макаров Николай Игоревич

Оксидные кристаллы для оптических модуляторов

2017, магистратура

 

Антропов Александр Алексеевич

Разработка волоконного эрбиевого лазера с синхронизацией мод для прецизионной метрологии

Епланов Дмитрий Олегович

Оптимизация параметров оптических компрессов для импульсов ближнего и среднего ИК диапазонов

Румынин Кирилл Михайлович

Оптический стандарт частоты на одиночном ионе иттербия

2016, магистратура

Кирпичникова Анна Анатольевна

Разработка и исследование характеристик основных элементов компактного высокоэффективного синтезатора частот на основе Yb:KYW лазера

2016, бакалавриат

Витухин Лев Юрьевич

Исследование лазерного источника на длине волны 383 нм для магниевого стандарта частоты

Макаренко Максим Олегович

Исследование широкоапертурных периодически-поляризованных структур из LiNbO3 для ПГС повышенной мощности

Панькин Даниил Олегович

Спектральные методы исследования лазерной плазмы