Перспективные достижения российских ученых снова привлекают внимание мирового научного сообщества. Исследовательская команда НИТУ МИСИС совместно с партнерами представила инновационный сверхчувствительный детектор фотонов, который устанавливает новые стандарты для квантовых технологий. По словам специалистов, уникальность устройства заключается в возможности надежной регистрации отдельных фотонов с рекордной эффективностью, что открывает широкие перспективы для квантовых вычислений, защищенной передачи информации, астрономических исследований и медицины нового поколения.
Прорыв в детектировании одиночных фотонов
Сверхпроводниковые детекторы одиночных фотонов сейчас признаны ключевым элементом, обеспечивающим прогресс квантовых вычислений и коммуникаций. Их способность улавливать отдельные кванты света с высокой точностью неизменно востребована для построения фотонных квантовых процессоров последнего поколения, обеспечения безопасности данных с помощью квантовой криптографии, а также для биомедицинской визуализации будущего.
Уникальность новой российской разработки состоит в применении инновационного материала, который устраняет традиционные технологические ограничения. Большинство существующих сверхпроводников требуют мощного нагрева до 600–800°C, что делает невозможным их интеграцию с современными полупроводниковыми платформами, включая арсенид галлия и тонкопленочный ниобат лития. Однако новый подход, который реализовали ученые под руководством Владислава Коровина, позволяет наносить сверхпроводниковые покрытия при комнатной температуре. Такая технология совместима с чувствительными электронными подложками и позволяет строить ультрасовременные интегральные схемы.
Совместимость с перспективными фотонными платформами
Как отметил Владислав Коровин — один из ведущих участников проекта, исследователь НИТУ МИСИС, — возможность создания сверхпроводниковых пленок без необходимости высокотемпературного нагрева открывает путь к интеграции с самыми разными микросхемами и оптоэлектронными устройствами. Это особенно актуально для тех подложек, где температура выше 350°C ведет к необратимым изменениям свойств.
Впервые российские специалисты смогли эффективно вырастить молибден-рениевый (MoRe) сверхпроводящий сплав на тонкопленочном ниобате лития — уникальном пьезоэлектрике, который широко применяется при производстве миниатюрных, высокопроизводительных фотонных чипов. Литиевый ниобат известен своим исключительным электрооптическим эффектом, что позволяет управлять процессом распространения света на микроскопическом уровне.
Широкий спектр применения: от инфракрасного до видимого диапазона
Исследования специалистов НИТУ МИСИС, МПГУ, ВШЭ и РКЦ доказали, что новый сверхчувствительный детектор стабильно работает сразу в нескольких режимах, включая одиночное и многократное детектирование фотонов. При этом устройство демонстрирует высокую эффективность в широчайшем диапазоне — от видимого света до ближнего инфракрасного спектра. Например, эффективность регистрации достигает до 98% для световых волн длиной 780 нм и 73,5% для популярных в фотонной электронике 1550 нм. Это позволяет безупречно улавливать сигналы, важные для работы квантовых вычислительных и коммуникационных систем.
Еще один существенный плюс — превосходные рабочие характеристики устройства достигаются при температурах, существенно превышающих параметры обычных аморфных сверхпроводников. Это упрощает эксплуатацию и расширяет возможности для реализации новых схем фотонной интеграции.
Технологический задел для квантового интернета и индустрии будущего
Вклад НИТУ МИСИС в реализацию национальных стратегических проектов становится все более существенным, особенно в рамках инициативы «Квантовый интернет», реализуемой при поддержке федеральных программ развития. Инновационное устройство стало возможным благодаря тесному сотрудничеству университета с ключевыми индустриальными партнерами, в том числе с ООО «Сверхпроводниковые нанотехнологии». Эта компания является одним из заметных игроков на мировом рынке квантовых сенсоров и теперь может существенно расширить географию своего влияния — выйти не только на традиционные рынки, но и в динамично развивающиеся регионы Азии, Африки и Латинской Америки.
Как подчеркнул Вадим Ковалюк, руководитель лаборатории фотонных газовых сенсоров НИТУ МИСИС, активное взаимодействие науки и промышленности стало ключом к технологическим успехам отечественной квантовой отрасли. Уникальные разработки позволяют занять лидирующие позиции в глобальном научно-техническом сообществе, а также обеспечивают России независимость от зарубежных поставщиков технологий, доступ к которым ограничен существенными экономическими и политическими причинами.
Квантовые перспективы: от чипов до новых рынков
Новый детектор, созданный при личном участии Владислава Коровина, Алексея Невзорова и Вадима Ковалюка, станет важной частью технологической платформы для квантовых вычислений и коммуникаций. Его использование планируется при разработке компактных преобразователей для оптикорадиочастотных систем, что открывает путь к созданию квантового интернета будущего. Совмещение создаваемого устройства с чипами на основе литиевого ниобата позволит с высокой точностью и скоростью управлять потоками световых сигналов, объединяя разрозненные квантовые вычислители в единую цифровую сеть нового поколения.
Кроме того, разработанный детектор поможет реализовать передовые решения для медицинской диагностики, отправки и приемы астрономических сигналов, а также создания новых поколений сенсоров, востребованных как на высокотехнологичных рынках, так и в развивающихся странах мира.
Поддержка и будущее исследований
Работа над этим технологическим прорывом велась при финансовой поддержке Российского научного фонда и Министерства науки и высшего образования России. Такое содействие со стороны государства подчеркивает стратегическую значимость отечественных квантовых разработок и позволяет реализовывать самые смелые амбиции в сфере передовых технологий и научных открытий.
Инновации, разработанные командой НИТУ МИСИС и партнерских организаций, уже в ближайшие годы могут стать основой нового технологического уклада во всем мире, открывая пути к созданию более умных, безопасных и производительных цифровых систем.
Источник: www.cnews.ru/
