Российские ученые из Южного федерального университета (ЮФУ) и Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» (НИУ ВШЭ) представили уникальную и принципиально более простую технологию получения фотонных источников для квантовых компьютеров. Особенностью метода стало не только упрощение процесса изготовления таких компонентов, но и возможность создавать источники света с длиной волны, превосходящей достижения альтернативных подходов.
Прорыв в создании фотонных источников для квантовых устройств
Коллектив Передовой инженерной школы ЮФУ совместно с Санкт-Петербургским филиалом НИУ ВШЭ реализовал новую концепцию получения подложек, пригодных для выращивания квантовых точек с низкой плотностью. Это стало поворотным моментом: данные подложки станут основой для устройств, обеспечивающих передачу данных с абсолютной защитой информации, что критически важно для квантовой связи и вычислений следующего поколения.
По словам руководителя молодежной лаборатории ЮФУ Максима Солодовника, в рамках первой серии экспериментов были созданы квантовые точки, испускающие свет с длиной волны до 1080 нм при температуре жидкого гелия. Для сравнения, существующие технологии обеспечивают длину волны примерно 950 нм, что серьезно ограничивает функциональность при интеграции с современными телекоммуникационными сетями.
Весь проект реализуется при поддержке национального проекта «Наука и университеты» и федерального проекта «Передовые инженерные школы», что позволяет молодым исследователям работать с самым современным оборудованием и проводить междисциплинарные исследования на стыке физики, инженерии и информационных технологий.
Что отличает новый подход российских исследователей
Создание источников одиночных фотонов является ключевым вызовом для квантовой индустрии: стабильное получение строго одного или пары фотонов реализовать сложно, а именно такие процессы лежат в основе работы фотонных квантовых вычислителей. Для этого необходимы уникальные квантовые точки, причем их излучение должно соответствовать определённым диапазонам длин волн, востребованных в высокоскоростных оптоволоконных сетях на основе кремния.
Российские ученые предложили более доступный и технологичный способ создавать такие структуры: формирование на поверхности полупроводниковой подложки (GaAs) миниатюрных углублений, где впоследствии и возникают квантовые точки. Ключ к успеху — управление параметрами процесса термического травления материала и удалением оксидной пленки, что позволяет детально настраивать будущую морфологию поверхности и ее пригодность для формирования нужных квантовых точек.
Максим Солодовник отмечает, что варьируя температуру подложки, давление паров мышьяка и толщину оксидного слоя на GaAs, исследователи могут точно задавать размеры и форму углублений. В результате удается получать квантовые точки, по параметрам существенно превосходящие аналоги. Направленность работы такова, что в ближайшее время будут достигнуты диапазоны волн, соответствующие О-диапазону, что необходимо для современной телекоммуникационной инфраструктуры.
Инновационная методика как залог возможностей будущего
В отличие от классических решений, когда на подложке стихийно формируется множество квантовых точек, новый подход ЮФУ и НИУ ВШЭ позволяет упорядоченно формировать единичные объекты с оптимальными оптическими характеристиками. Именно контроль над морфологией и структурой поверхности выводит разработку в передовые мировые позиции. Российские ученые убеждены, что последовательные улучшения методики смогут сместить излучение квантовых точек даже в диапазоны, характерные для самых совершенных зарубежных телеком-компонентов.
Таким образом, появляется реальная возможность интеграции отечественных разработок в глобальные системы квантовых коммуникаций, а также значительный рывок в производстве фотонных интегральных схем нового поколения. Это укрепляет позиции России среди лидеров по формированию современной технологической базы для промышленности будущего.
Развитие квантовых вычислений: от Питера Шора до российских реализаций
Идея использования квантовых компьютеров для решения ранее недоступных задач была заложена еще в 1994 году выдающимся математиком Питером Шором, предложившим революционный квантовый алгоритм. С тех пор ученые по всему миру ищут оптимальную платформу для реализации кубитов — от фотонов до ионов и сверхпроводниковых структур.
В России эта сфера динамично развивается благодаря стратегическим решениям Правительства России. Согласно утвержденной в 2020 году дорожной карте развития квантовых вычислений, до конца 2024 года в нашей стране планировалось создать квантовый процессор мощностью не менее 50 кубитов. Научные коллективы МГУ и Российского квантового центра анонсировали успехи в этом направлении, представив первый отечественный 50-кубитный прототип, что стало значимым шагом в индустрии.
Междисциплинарное сотрудничество и его вклад в мировой прогресс
Развитие квантовых технологий — явный пример синергии фундаментальных и прикладных наук, где важны как передовые инженерные решения, так и глубокое понимание физических процессов. ЮФУ и НИУ ВШЭ объединили потенциал своих команд и ресурсных центров, заложив фундамент для появления целого направления новых материалов и устройств.
Оптимистичный настрой российских ученых подкрепляется результатами испытаний новых методов: появление фотонных источников с уникальными характеристиками не только способствует внутреннему техническому суверенитету страны, но и может стать экспортным технологическим продуктом для ведущих мировых рынков. Это также открывает путь к созданию более сложных квантовых сетей, полностью защищенных от попыток несанкционированного доступа или перехвата информации.
Перспективы: будущее — за интеграцией, масштабируемостью и национальными достижениями
Современные успехи российских ученых в сфере квантовых технологий вдохновляют и специалистов, и будущих исследователей. Рост интереса к инженерно-физическим специальностям, создание молодежных лабораторий, развитая национальная программа поддержки научных коллективов — все это формирует условия для неизбежного технологического прорыва.
Цели, обозначенные национальными проектами и подтвержденные реальными достижениями столичных и региональных вузов, дают шанс России занять лидирующие позиции не только на внутреннем, но и на глобальном рынке высоких технологий. Новая уникальная методика изготовления подложек для фотонных квантовых источников — только начало большого пути, способного качественно изменить как вычислительные, так и коммуникационные системы будущего.
Источник: biz.cnews.ru
