1 / 28

Inst itute of Physics – Condensed Matter Theory Group

WROCŁAW UNIVERSITY OF TECHNOLOGY. Inst itute of Physics – Condensed Matter Theory Group. Inżynieria kwantowa we Wrocławiu: LFPPI Centrum Nanotechnologii i Zaawansowanych Materiałów Politechniki Wrocławskiej. Zespół Teorii Fazy Skondensowanej Prof. L. Jacak (kierownik)

jadon
Download Presentation

Inst itute of Physics – Condensed Matter Theory Group

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. WROCŁAW UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Institute of Physics – Condensed Matter Theory Group Inżynieria kwantowa we Wrocławiu: LFPPI Centrum Nanotechnologii i Zaawansowanych Materiałów Politechniki Wrocławskiej Zespół Teorii Fazy Skondensowanej Prof. L. Jacak (kierownik) 5 prof. 3 dr hab. 5 dr 15 PhD 30 MSc Eksperyment: Zespół Optyki Półprzewodników Zespół Fotoniki Zespół Nieliniowej Optyki www.if.pwr.wroc.pl

  2. Dr M. Krzyżosiak, Dr L. Bujkiewicz, Dr A. Janutka, Dr K. Wieczorek, Doktoranci 15 Studenci 30 Skład Zespołu: • Prof. L. Jacak (kierownik) • Prof. R. Gonczarek, • Prof. W. Salejda, • Prof. A. Mituś, • Prof. A. Radosz • Prof. A. Wójs, • Dr hab. P. Sitko, • Dr hab. G. Harań, • Dr hab. P. Machnikowski

  3. Współpraca krajowa z zakresu Inżynierii kwantowej w nanostrukturach Prof. K. Wysokiński M.Curie-Skłodowska U. Lublin Prof. J. Adamowski Academy of. M.&M. Kraków Prof. A. Sitarz Jagiellonian U. Kraków Prof. J. Krasnyj Univ. of Opole Prof. W. Jaskólski M.Kopernik U. Toruń Prof. M. Szopa Univ. of Silesia Katowice Prof. W. Zawadzki IPh PAS W-a Prof. J. Mostowski IPh PAS W-a Prof. J. Spałek Jagiellonian U. Kraków Prof. J. Barnaś UAM Poznań www.if.pwr.wroc.pl/~tfs

  4. CENTER of Quantum Engineering for Nanotechnology & QIP Prof. R. Alicki Prof. R. Horodecki Gdańsk Prof. T. Dietl Prof. T. Wojtowicz Toruń W. Jaskólski Poznań, J. Barnaś B. Bułka Warszawa J. Mostowski W. Zawadzki Center of Advanced Materials & Nanotechnology Prof.T. Luty, Prof. B. Licznerski Prof. J. Misiewicz, Prof. B. Mazurek, Prof. L. Jacak, Prof. A. Miniewicz Prof.J. Machnikowski Prof. J. Sworakowski Prof. W. Urbańczyk Prof.. T. E. Chlebus Prof.. W. Stręk Wrocław L. Jacak Lublin K. Wysokiński Katowice E. Zipper M. Szopa Kraków J. Spałek J. Adamowski European Institute of Technology Prof. A. Weron

  5. Expertise QD therey and applications to new devices in nanotechnology & QIP - decoherence assesment for QIP (quantum computer) - nano-lasing systems - plasmonics - braids for decoherence free topological QIP - Q cryptography (internal project) L. Jacak P. Machnikowski A. Radosz A. Wójs J. Krasnyj QD therodynamics -specific heat of QDs - transport K. Wysokiński E. Zipper M. Szopa Carbon nano-tubes • shapes and topology • electrical properties QD systems for spintronics - transport in QD systems - Magnetic phenomena in QDs J. Barnaś B. Bułka W. Zawadzki J. Mostowski Entaglement Confined geometry systems J. Adamowski S. Bednarek B. Szafran QD modelling • electrrically defined QD II • multielectron phenomena Q correlated systems • supeconfductivity • finite systems J. Spałek QD modelling ab initio • efekty topologiczne • rozmaite nanocząstki W. Jaskólski

  6. Motivation Real QIP is rather distant – decoherence in nano scale (in all present proposals) is too quick (instead of expected 6 orders decoherence/manipulation, it is possible to attain only 3, too small for quantum error corrections) Theory of QIP is rather in exhausted point – new ideas are needed (as topology, holographic principle) Nevertheles, nanotechnology can use all advantages of theoretical studies for QIP not only for quantum computer, but generally for quantum engineering in nano scale and expected innovation area

  7. Tematyka badawcza: • Własności kropek kwantowych i ich zastosowania spintroniczne i nanotechnologiczne (nano opto-elektronoczne, urządzenia jedno-elektronowe/jedno-fotonowe) • Implementacja procedur informatyki kwantowej w układach kropek kwantowych • Koherentne sterowanie i dekoherencja kwantowych stanów ładunkowych i spinowych w nano-układach półprzewodnikowych • Własności półprzewodników magnetycznych i ich nanostruktur • Wielofunkcyjne nano-modyfikowane smart materiały i pokrycia • Topologiczne stopnie swobody w układach hallowskich (złożone fermiony, anyony, ułamkowy ładunek) • Mechanizmy podniesienia sprawności w nano-metalicznych strukturach plazmonowych w ognowach słonecznych

  8. Planowane kierunki badań w dziedzinie nanotechnologii: • Spinowo-magnetyczne własności nowych materiałów dla spintroniki (półprzewodniki półmagnetyczne z nano-strukturami) i aplikacji magnetycznych (amorficzne nano-modyfikowane metale); • Plazmonowe nano-metaliczne struktury powierzchniowe w bateriach słonecznych (w kierunku zwiększenia sprawności) • Nano realizacje QIP – technologia ciałostałowa (kropki kwantowe) Inż.Kw. • Nano-modyfikowane materiały o zmienionych własnościach mechanicznych, termicznych i elektromagnetycznych; • Optyczne własności nano-modyfikowanych powłok o znaczeniu aplikacyjnym; • Praktyczna realizacja kryptografii kwantowej (pracownia w budowie z dotacji wewnętrznej) • Topologiczne stopnie swobody dla QIP (jedyne perspektywiczne wobec dekoherencji)

  9. Najważniejsze osiągnięcia: • Wkład w teorię izolowanych kropek kwantowych: • opis stanów ładunkowych i spinowych, • własności optyczne, • koherentne sterowanie stanami ładunkowymi i spinowymi; (ca 40 Phys. Rev., monografia ‘Quantum Dots’ Springer VL) • Wkład w teorię kropek kwantowych w ośrodkach: • dekoherencja układów nanoskopowych, • dekoherencja w warunkach sterowania polami zewnętrznymi; (ca 20 Phys. Rev.) • Modelowanie kwantowe (monografia ‘Metody algebraiczne w mechanice kwantowej’ PWN) • Wkład w teorię układów 2D w warunkach kwantowego efektu Halla: • modelowanie stanów silnie skorelowanej cieczy kwantowej, • topologiczny opis układów hallowskich. (ca 30 Phys. Rev., monografia ‘Quantum Hall Systems’ Oxford UP)

  10. Dorobek naukowy zespołu: • Monografie naukowe: • L. Jacak, P. Sitko, K. Wieczorek, A. Wójs, Quantum Hall Systems, Oxford University Press 2003, - prestiżowa seria międzynarodowych monografii (119 od 1903, 5 noblistów) • L. Jacak, P. Hawrylak, A. Wójs, Quantum Dots, Springer 1999; - silnie cytowana (ca 1000 cytowań) • W. Salejda, M. Tyc, Algebraiczne metody mechaniki kwantowej, PWN 2001 • Przeglądowy rozdział w Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, American Sc.Publ. (L. Jacak, P. Machnikowski, Quantum dots) • Ponad 200 publikacji, w tym ok. 50 w Phys. Rev., kilka w Phys. Rev. Lett., pojedyncze w Science i Nature (ponad 2000 cytowań); • Kilkadziesiąt wystąpień konferencyjnych, w tym referaty zaproszone - zaproszony wykład na konferecję Solvaya (L. Jacak)

  11. Współpraca międzynarodowa – m.in.: • Uniwersytet w Odessie (Ukraina) – własności kropek kwantowych • NRC, Institute for Microstructural Sciences, Ottawa (CAN) – nanoskopowe układy i struktury półprzewodnikowe • Department of Physics, University of Tennessee, Knoxville (USA) – fizyka złożonych fermionów • Institut für Theoretische Physik, Universität Innsbruck (A) – bramki logiczne komputera kwantowego i dekoherencja • Institut für Festkörpertheorie, Universität Münster (D) – procesy fononowe w kropkach kwantowych • Department of Physics, Nottingham University (GB) – sieci optyczne i supersieci półprzewodnikowe • Department Physik, Universität Paderborn (D) – optyka kwantowa kropek kwantowych

  12. Projekty badawcze i udział w sieciach naukowych w dziedzinie nanotechnologii: • Projekt zamawiany MNiI Inżynieria i informatyka kwantowa (współkordynacja) • Udział w ogólnopolskiej sieci naukowej Laboratorium Fizycznych Podstaw Przetwarzania Informacji (http://fppi.cft.edu.pl) • Projekt badawczy UE Semiconductor-Based Quantum Information Devices(SQID) i europejska sieć doskonałości Quantum Information Processing & Computation Network of Excellence(QUIPROCONE) • Projekty badawcze KBN/MNiI z zakresu nanotechnologii: fizyka kropek kwantowych i układów o ograniczonej geometrii • Mechanizmy transferu energii w nano pokryciach metalicznych w bateriach słonecznych (zwiększenie wydajności (KBN) • Spintronika w kropkach zanurzonych w pólprzewodnikach półmagnetycznych (KBN)

  13. Zorganizowane konferencje i seminaria: • I Konferencja Sieci LFPPI 2003http://lfppi.if.pwr.wroc.pl/konf2003.html • I Sympozjum Informatyki i Inżynierii Kwantowej 2004(400 ucz., prof.. A. Ekert)http://www.if.pwr.wroc.pl/sympozjumlfppi/ • II Sympozjum Informatyki i Inżynierii Kwantowej 2005(350 ucz., prof.. Ch. Fuchs)http://lfppi.if.pwr.wroc.pl/sympozjumlfppi2.html • III Sympozjum Informatyki i Inżynierii Kwantowej 2006(600 ucz. Prof.. G. t’Hooft)http://lfppi.if.pwr.wroc.pl/ • Krajowa konferencja: Inżynieria Kwantowa 2004, 2005 • Workshop: Perspektywy Informatyki Kwantowej 2008 • Międzynarodowa Szkoła Inżynierii Kwantowej, 2004 • Cykl seminariów LFPPI Wrocław

  14. ca 80 PhD/MSc students ca 600 p. audience

  15. ca 60 publications (WRO) • formulation of the theory (Green f.) • application to state-of-art QDs Main results: • Description of charge decoherence in QD due to phonons - kinetics of polaron formation (WRO) • Assessment of feasibility of practical realisation of quantum computer controlled by light (negative or problematic at least) (WRO) • Proposal for QIP (qubit/gate) on spin in QDs (WRO) • Medelling of QDs on atomic level (TOR, KRA) • Modelling of carbon nano-tubes and fullerens (KAT) • QIP theory; trade-off with noice (WRO) • Hall systems – application to optics of nano-structures (WRO) • Transport (electric, heat) in QDs (LUB) • Spin properties in QW (W-A) main results – crucial in the international scale assessment of decoherence in QDs - preclussion of possibility of practical implementation of QIP (quantum computer) in solid state technology (nano scale) – DiVincenzo conditions are sharply not fulfilled, neither for charge (optically driven QC) and spin (magnetically driven QC) limitation of expensive projects in UE and USA ps ms ps 1000ps fs ns charge spin

  16. jedno-cząstkowe stany elektronowe w QD (quantum dots) – w polach zewnętrznych • własności elektronowe QD z oddziaływaniem – wielo-elektronowe QD w polach zewnętrznych • reguły typu Hunda dla QD • wewnątrz-pasmowe optyczne przejścia • między-pasmowe optyczne przejścia • uogólnienie tw. Kohna dla QD • QD w silnym polu magnetycznym – stany magiczne (composite fermions) • spektroskopia pojemnościowa pojedynczych elektronów • SAD QD (samorosnące kropki) w modelu pasmowej struktury • oddziaływanie spin-orbita w QD • ekscytony w QD II rodzaju (J. Krasnyj) Nanotechnologia – kropki kwantowe Elektronowe i optyczne własności kropek kwantowych (spektroskopia) Dobra zgodność z eksperymentem modelu powłokowego • laser dalekiej podczerwieni na matrycy QD II rodzaju nieadiabatycznie przełączanej • źródło spolaryzowanych spinowo elektronów • bramka singlet-tryplet w QD typu He dla QIP patenty

  17. ```````````````````` Planned/possible future activity: Towards innovation in technology: • Communication/security: Quantum cryptography – practical realization in WUT, possible collaboration with TOR, W-A, Oxford (Ekert), Wien (Poppe) • Spintronics&nanotechnology – new ‘classical’ information opto-electronic devices (single electron/single photon), wide collaboration (WRO, POZ, W-A, LUB, KAT, KRA) • Qantum Information Processing – feasibility studies (WRO, GDA, W-A) • Nano-systems and nano-modified multifunctional materials (WRO, GDA, TMA W-A, industry partners e.g. Polifarb S.A.) example: change of colour of nanoparticles (gold) with variation of their shape – due to distinct plasmon oscillations (lightning rode effect) amorphous phase meta-material with ‘frozen pressure’ (W. Stręk, ILTPh&SR,UNIPRES W-A)

  18. Renormalizacja stałej Fröhlicha w nanostrukturach inercjalna część polaryzacji lokalna polar. kryszt. dzialajaca na elektron w kropce L.Jacak, J.Krasnyj, W.Jacak, Phys. Lett. A 304, 168 (2002)

  19. Statyczne efekty polaronowe w kropkach kwantowych LO-TA Zależność od stałej Fröhlicha LO-LA Eksperyment FIR LO-LA L.Jacak, J.Krasnyj, D.Jacak, P.Machnikowski, Phys. Rev. B 67 035303 (2003), Phys. Rev. B, 65,113305-1(2002)

  20. Dekoherencja fononowa w nanostrukturach- kinetyka tworzenia polaronu w kropce kwantowej LA LO L.Jacak, J.Krasnyj, W. Jacak, R. Gonczarek, P.Machnikowski, Phys.Rev. B 72, 245309 (2005) P. Machnikowski, L. Jacak,, Phys. Rev. B71, 115309 (2005); Phys. Rev. B 69 (2004) 193302 R. Alicki, M. Horodecki, P. Horodecki, R.Horodecki, L. Jacak, P. MachnikowskiPhys. Rev. A 70 (2004) 010501 L. Jacak, P. Machnikowski, J. Krasnyj, P. Zoller,Eur. Phys. J. D, 22 (2003) 319

  21. Optymalizacja sterowania kropką kwantową V. M. Axt, P. Machnikowski, T. Kuhn, Phys. Rev. B. 71 155305 (2005) The error for a p/2 rotation by a sequence of short pulses (identical or optimized): Controling the system by sequences of short pulses leads to error reduction. No arbitrary pulse shaping necessary. Finite exciton lifetime excludes long control times. The error is lower for longer sequences and for larger number of pulses. Most improvement already for a few pulses. Dependence on the sequence duration: Dependence on the number of pulses: ````` `

  22. |3 D W2 W0 |0 |2 W1 |2 |1 |1 |0 O fononowym defazowaniu ładunku w QD K. Roszak, A. Grodecka, P. Machnikowski, T. Kuhn, Phys. Rev. B 71 195333 (2005) Charge: ultrafast optical control Spin: ultralong decoherence times. Error as a function of control parameters: Use spin for storageand couple to chargefor control. Electron in a double-QD structure W [ps-1] log d D [ps-1] High-fidelity operation possible in narrow parameter areas. The stimulated Raman adiabatic passage (STIRAP) may be used for an arbitrary spin rotation.

  23. D = 1 mm D = 8 nm g [s-1] L = 4 nm T [K] Lokalizacja zderzeniowa w wyniku anharmonizmu fononowego P. Machnikowski, Phys. Rev. Lett. 96 140405 (2006) Pojedynczy elektron w podwójnej kropce kwantowej (GaAs/AlGaAs)otoczony deformacją polaronową LO Anharmonizm powoduje rozpraszanie fononów na deformacji polaronowej Szybkość dekoherencji (lokalizacji) – rozpraszanie fononów LA na polaronie LO T = 100 K zdelokalizowanasuperpozycja („kot Schrödingera”) |1 + |0 T = 10 K L L = 4 nm L = 8 nm g [s-1] T = 1 K D / klasyczna mieszanina stanów zlokalizowanych |1 |0 D [nm]

  24. Ograniczenie blokady Pauliego w nanostrukturach spins Electron in QD - polaron Rapidly exciten electron in QD - bare electron Pauli blocking Different particles temporal limitation of Pauli blocking J. Krasnyj, L. Jacak

  25. Laser podczerwony na matrycy kropek zadawanych polem elektrycznym Au GaAs Ga(Al)As GaAs GaAs(Cr) Au fonony heterostruktura ze studnią kwant. L.Jacak, J.Krasnyj, D.Jacak, L.Bujkiewicz, Phys. Rev. A, 65, 063813(2002)

  26. metody topologiczne MBS (many body systems) – grupy warkoczowe • kwantowanie MBS i statystyki kwantowe w niskich wymiarach • topologiczny opis złożonych cząstek w 2D (grupa warkoczowa dla composite fermions) • metoda Cherna-Simonsa dla MBS (T) • nadprzewodnictwo anyonowe (Wilczek) • topologiczny aspekt związku spin-statystyka • FQHEdla composite fermions • metal Halla • układy hallowskie na sferze • pseudopotencjałowe podejście do ukł. hallowskich Układy 2D 2D Studnie kwantowe IQHE – całkowity efekt Halla (Klitzing 1982/85) FQHE – ułamkowy efekt Halla (Tsui, Stormer, Laughlin 1982/98) Quantum Hall Systems; braid groups, composite fermions, fractional charge L. Jacak, P. Sitko, K. Wieczorek, A. Wójs, Oxford UP 2003 (International Series of Monographs on Physics) Tsui, Stormer et al. 2003

  27. International collaboration: Current: • V, VI Framework Programs (several projects) • wide individual cooperation of all groups in UE, Canada, USA, Japan, Ukraine, Australia Future: • STREP for VII Framework Programe (planned) in the area of: MULTIFUNCTIONAL NANOMODIFIED SMART SURFACE COVERINGS • „not all of nano-scalled by artificial methods objects is nanotechnology” • novelty in physics/chemistry of nano-scale (nanoparticle vs medium) • cheap methods of manufactoring (metalurgy, laser ablation, sol-gel chemical agregation)

  28. Nanotechnology of MBE/MOCVD (expensive) materials QIP (theory & practice?) Q Cryptography Decoherence studies forsingle electron-single photon devices Physics (theory) on nano-systems (QDs, Nano-tubes, Nano-modified materials, Meta-materials) Topology in QIP Topology for QIP (braid groups for decoherence-free QIP) Plasmonics & metamaterials innovation innovation Nanostructures for solar cells Nanomodified multifunctional materials (cheap: sol-gel/metalurgy/ewe) Spintronics for classical inf. proc. &QIP innovation

More Related