ДОКТОРАНТЪТ ПО КВАНТОВА ИНФОРМАТИКА, ИВО МИХОВ, ПЕЧЕЛИ ДОКТОРАНТСКАТА СТИПЕНДИЯ

„Един квантов феномен – много нови възможности за квантовите технологии и спектроскопия“. С тази презентация докторантът Иво Михов от Център за квантови технологии на Софийски университет „Св. Климент Охридски“ спечели годишната докторантска стипендия на фондация Карол Знание в размер на 10 000 лв.

В изключително силен финал докторантът с научен ръководител акад. Николай В. Витанов получи подкрепата на журито като представи „Смайващо наблюдение при лоренциановите импулси“. Това и цялостното представяне предизвика интересна дискусия с журито за квантовите компютри и изследванията, които позволяват.

 

Темата на докторантурата е Оптимизирани квантови гейтове и квантови алгоритми. Участва в екипа на новосъздадения Център по квантови технологии и по думите на научния му ръководител, е вторият българин, който работи на истински квантов компютър, при това всеки ден.

Иво Михов е учил в Софийската математическа гимназия и Американския колеж. Завършил е магистърска степен в University of Manchester, където печели наградата Tessella за най-добър софтуерен MPhys проект за 2020 г. Това е магистърската му работа, с която моделира проводимостта в 2D материали със симулирана томография чрез електричен импеданс (ТЕИ).

„Развих нов алгоритъм за решаване на правия проблем за ТЕИ чрез моделиране на пълния електроден модел с метода на крайни елементи и го забързах, използвайки видео карти с Python. Подобрих образите на проводимостта чрез конволюционна невронна мрежа с архитектурата U-Net. Развих и тествах иновативен алгоритъм за подбор на електроди за ТЕИ“, казва за работата си в Манчестър Иво.

Резултатите са публикувани в статията Machine learning enhanced electrical impedance tomography for 2D materials.

В началото на м.г. печели стипендията Dr. Karl Mey-Stipend, благодарение на която успява да посети конференцията DPG SAMOP 2023 в Хановер, Германия.

Избира да се върне и остане в България, респектиран от постиженията на акад. Николай В. Витанов от Физическия факултет на Софийски университет. Използва предоставяния от IBM свободен достъп до квантовите им компютри чрез пакета Qiskit в програмния език Python. Използва квантовата система Armonk на IBM за изследване на ефекта на формата на импулса върху спектралните линии на кюбита в свръхпроводников квантов компютър. Резултатите публикува като първи автор на статията Pulse-shape effects in qubit dynamics demonstrated on an IBM quantum computer.

Участва в постерни сесии на конференциите ECAMP-14 (Вилнюс, Литва), ICAP27 (Торонто, Канада) и SAMOP23 (Хановер, Германия). Презентира на CAMEL 17 (Control of Quantum Dynamics of Atoms, Molecules and Ensembles by Light Workshop 2022) и CAMEL 18 (2023) в Несебър.

Основна задача на докторантския му проект е намаляване на грешката и ограничаване на квантови гейтове с експерименталната им демонстрация на квантов хардуер на IBM. Провежда проучвания за влиянието на формата на импулсите върху честотния отговор на кюбита. Специално внимание обръща на импулси с лоренцианова форма.

„Демонстрирах неочаквания ефект на мощностно свиване при лоренцианови импулси за първи път досега“, казва скромно Иво.

Сензационните резултати са публикувани в началото на годината в статията Defying Conventional Wisdom in Spectroscopy: Power Narrowing on IBM Quantum в най-реномираното списание по физика Physical Review Letters.

„Смайващото наблюдение при лоренциановите импулси“ опровергава над 100-годишната парадигма в спектроскопията за “мощностното разширение” (power broadening), според която при увеличаване на интензивността на радиацията спектралните линии на атомите се уширяват.

Поради дългото измерване, често часове и дни, се налага използването на свръхстабилни източници, което оскъпява експериментите. Талантливият докторант показва, че при импулсно възбуждане с Лоренцови импулси спектралните линии не само не се уширяват, а се стесняват! При това, колкото по-интензивно е полето, толкова по-тесни са спектралните линии.

Иво доказва това експериментално на един от квантовите процесори на IBM Quantum, който позволява достъп до физическия контрол на микровълновото поле и контрол върху формата на импулсите. Наблюдаваното от него стесняване на спектралните линии не е с проценти, а повече от цели 10 пъти!

Впечатляващите резултати на докторанта, обещаващи и нови кариерни възможности, провокираха въпрос от журито – какви са плановете му след като защити докторската си степен.

„Със сигурност ще остана в България. Дори да отида в чужбина, ще бъде за кратко и ще се върна да продължа работата си тук. Смятам, че всеки трябва да прави за страната си това, в което е най-добър.“

В момента Иво извършва проучвания и в две нови направления. Първото е описанието на клас крайни импулси (напр. синусови). Тяхното предимство е, че проявяват много по-слабо мощностно разширение от често използваните правоъгълни импулси, запазвайки бързината им. Това ги прави подходящи за прилагане в гейтове, в които е важна скоростта. Предстоят тестове върху квантови компютри на IBM, които да потвърдят точността на формулиран от нас модел, описващ подобни импулси, казва докторантът.

Второто направление е изследване на импулси, които целят именно по-силен ефект на мощностно разширение на профила. Вече са проведени симулации, които потвърждават усилването на ефекта за клас импулси. В следващите етапи поведението на кюбита ще се симулира с невронни мрежи.

Предстои да бъде изведена теория. Достъпът до компютрите на IBM е дистанционен, но е необходима постоянна връзка със сървърите им, докато програмите се изпълняват от квантов компютър.

Достъпът до квантовите компютри вече е платен и представлява сериозен разход, който вероятно ще бъде покрит с част от средствата на стипендията.

Научният ръководител на Иво Михов, акад. Николай В. Витанов присъства на финала на конкурса за годишната докторантска стипендия. Той беше впечатлен от силните финалисти: „Наистина впечатляващи кандидатури! Поздравления на Карол Знание за прекрасно организирания конкурс. Този конкурс и конкурсът “За жените в науката” на Л’Ореал, на който 8 години бях председател на журито, са най-престижните конкурси за млади учени в България. Не завиждам на журито, защото прекрасно знам колко трудно е да се избере победител от няколко толкова добри кандидати.“

Иво Михов е третият носител на годишната докторантска стипендия на фондация Карол Знание от Физическия факултет на Софийски университет. Първият в историята на конкурса победител е Христо Илиев, вече доцент във факултета и член на журито за стипендията. Вторият е Никола Каравасилев, преподавател по физика и астрономия, ръководител на олимпийския отбор по астрономия и астрофизика, донесъл на страната ни над 50 медала от престижни международни състезания. Сред лауреатите от Физическия факултет се нарежда и Радослав Симеонов със специална награда за принос в науката.

 

Източник: Фондация “Карол Знание”