Pierwsze publikacje naukowe wydał w latach 1926–1927, w 1927 roku, równolegle z matematykiem Johnem von Neumannem wówczas przebywającym na Uniwersytecie Humboldtów w Berlinie, wprowadził do mechaniki kwantowej pojęcie macierzy gęstości, ukończył studia na katedrze fizyki Uniwersytetu Leningradzkiego, rozpoczął pracę naukową w Leningradzkim Instytucie Fizyko-Technicznym Akademii Nauk ZSRR, wówczas kierowanym przez jego twórcę akademika Abrama Joffe. W latach 1929–1931 podróżował, na Uniwersytecie w Getyndze uczęszczał na seminaria Maksa Borna, na Uniwersytecie Humboldtów w Berlinie spotkał Alberta Einsteina, w niemieckim Lipsku spotkał Wernera Heisenberga, w Cambridge poznał Piotra Kapicę. W Kopenhadze pracował z Nielsem Bohrem, dzięki któremu Fundacja Rockefellera wsparła go po upłynięciu sześciomiesięcznego wsparcia Ludowego Komisariatu Oświaty Rosyjskiej FSRR. W 1931 roku wrócił do Leningradu, tam nie zagrzał miejsca przez nieporozumienia z Abramem Joffe.