Новые российские разработки для систем квантовой связи
29.08.2023
На круглом столе X Международного форума технологического развития «Технопром-2023» ведущие ученые обсудили роль фундаментальной науки, развитие передовых цифровых, интеллектуальных и производственных технологий.
Заседание открыл директор Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН академик РАН Александр Васильевич Латышев, представляя результаты крупного интеграционного проекта «стомиллионника» ― «Квантовые структуры для посткремниевой электроники», реализуемом под руководством ИФП СО РАН при поддержке Минобрнауки России.
![1-2 (jpg, 382 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=f929b954-b5c6-4c9b-afa6-cf7affde3967)
Александр Васильевич Латышев
Он отметил, что коллектив исследователей из трех НИИ (ИФП СО РАН, Институт физики микроструктур РАН, Институт физики металлов им. М. Н. Михеева УрО РАН) и двух вузов (Новосибирский госуниверситет, Санкт-Петербургский госуниверситет) получил результаты, значимые и для фундаментальной науки, и для индустрии.
Среди последних Александр Латышев назвал разработки, востребованные в области квантовой связи и квантовой криптографии ― излучатель и детектор одиночных фотонов.
«Мы научились “выстреливать” по одному фотону ― это теоретический предел нанофотоники. Для этого нужно было создать и изолировать квантовую систему, эффективно накачать ее, собрать излучение и “выбросить” единичный фотон, с частотой, которую мы можем варьировать. Разработка может использоваться в системах квантовой криптографии, квантовых вычислений и миниатюрных атомных стандартах частоты нового поколения. В однофотонных системах квантовой связи обеспечивается абсолютная защищенность информации, основанная на законах квантовой механики», ― пояснил директор ИФП СО РАН, под руководством которого выполняется проект «Квантовые структуры для посткремниевой электроники».
Для построения защищенного канала квантовой связи необходимо не только излучение, но и регистрация одиночных фотонов. Для этого специалисты ИФП СО РАН создали детекторы на основе лавинных фотодиодов, работающих в гейгеровском режиме.
«Обычно одиночные фотоны регистрируются с помощью сверхпроводящих детекторов, но последние работают при криогенных температурах, а значит ― нужна громоздкая система охлаждения.
В нашем случае используется миниатюрная (размером со спичечную головку) система охлаждения на элементах Пельтье, которая работает при комнатной температуре. Эту разработку мы передали на предприятие, они сейчас проводят испытания наших устройств», ― отметил Александр Латышев.
Ученый добавил, что в рамках проекта были разработаны полупроводниковые материалы, востребованные в телекоммуникационных системах связи, в том числе беспроводной: «Мы создали “полуфабрикат” для СВЧ-электроники ― гетероструктуры (тонкие кристаллические эпитаксиальные пленки сложного состава) для СВЧ-транзисторов. Передали материал на предприятие, которое изготавливает на этом материале свои микросхемы. Также мы создали мощные широкополосные фотодиоды СВЧ-диапазона и тоже передали индустриальному партнеру для испытаний».
Александр Латышев подчеркнул, что проект «Квантовые структуры для посткремниевой электроники» направлен на решение в первую очередь фундаментальных задач по поиску новых материалов и изучению новых квантовых эффектов в конденсированных системах, развитию технологий создания квантовых материалов, по реализации электронно-компонентной базы на новых физических принципах для посткремниевой электроники.
![2-2 (jpg, 293 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=85a18b62-fa01-49d0-a168-64375342119a)
Участники круглого стола
Один из результатов проекта был включен в число лучших достижений Академии наук в 2022 году ― разработка нового спин-детектора для фотоэмиссии с угловым разрешением. «Это позволяет создавать детекторы спина электронов для исследования электронной структуры, спиновой текстуры новых материалов. Уже сейчас детектор нашел применение ― на новом синхротроне "СКИФ" ― он будет использоваться вместо импортного детектора, который сейчас не поставляют», ― объяснил А. Латышев.
Справка: В рамках форума «Технопром-2023» был организован круглый стол «От создания материалов до новых элементов Периодической таблицы: роль фундаментальной науки в развитии передовых цифровых, интеллектуальных и производственных технологий» на официальном стенде Минобрнауки России. Ключевая тема стенда ― «Приоритеты Научно-технологического развития Российской Федерации. Методы и способы реализации поставленных целей».
Источник: ИФП СО РАН