О новых российских разработках для систем квантовой связи рассказали на «Технопроме»

Авг 24, 2023

Речь идет об излучателе и детекторе одиночных фотонов, созданных учеными Института физики полупроводников

На круглом столе X Международного форума технологического развития «Технопром-2023» директор Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН академик РАН Александр Васильевич Латышев рассказал о разработках, востребованных в области квантовой связи и квантовой криптографии ― излучателе и детекторе 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.

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.