Он поможет масштабировать квантовые технологии
Российские учёные представили сверхчувствительный детектор, способный обнаруживать отдельные фотоны с эффективностью до 98%. Разработка может стать основой для развития квантовых вычислений, безопасной передачи данных, а также применяться в астрономии и биомедицинской диагностике.
Сверхпроводниковые однофотонные детекторы, изобретенные в России, считаются ключевым элементом квантовых технологий. Они позволяют детектировать отдельные кванты света с рекордной эффективностью, временным разрешением и низким уровнем ложных срабатываний, что необходимо для создания фотонных квантовых процессоров, систем квантовой криптографии и биомедицинской визуализации. Однако традиционные сверхпроводниковые материалы, используемые для их изготовления, имеют ограничения: необходим высокотемпературный нагрев 600—800°C, что сильно препятствует масштабированию и интеграции с наиболее перспективными фотонными платформами, такими как арсенид галлия (GaAs) и тонкопленочный ниобат лития (LNOI).
«Важное преимущество материала — возможность нанесения пленки при комнатной температуре, что делает его совместимым с любыми подложками, включая полупроводники, для которых нагрев выше 350 °C нежелателен», — сказал Владислав Коровин, лаборант-исследователь лаборатории фотонных газовых сенсоров НИТУ МИСИС.
Ученые НИТУ МИСИС, МПГУ, ВШЭ и РКЦ впервые продемонстрировали, что детекторы из сплава молибдена и рения (MoRe) могут быть не только выращены на шероховатой пьезолектрической подложке ниобата лития, но и работать в однофотонном и многофотонном режимах в широком диапазоне длин волн от видимого до ближнего инфракрасного (ИК).
«Мы нанесли молибден-рениевую пленку на подложку из тонкопленочного ниобата лития — материала, который активно используется для создания миниатюрных высокоскоростных фотонных интегральных схем, — сказал к.ф.-м.н. Алексей Невзоров, научный сотрудник Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ МИСИС. — Благодаря электрооптическому эффекту ниобат лития позволяет точно управлять световыми сигналами внутри чипа, а сочетание с новым сверхпроводящим покрытием делает возможным создание компактных и чувствительных квантовых устройств, например, оптикорадиочастотных преобразователей для квантового интернета, создание которого позволит в корне изменить парадигму квантовых вычислений, объединив разрозненные квантовые вычислители между собой».
Созданный детектор показал эффективность регистрации фотонов до 98% при освещении светом длиной волны 780 нм, а также 73,5 % при 1550 нм — ключевых диапазонах для работы фотонных чипов. При этом устройство функционировало при относительно высокой температуре, не свойственной другим аморфным сверхпроводникам, а его характеристики были сопоставимы с лучшими образцами поликристаллических сверхпроводников. Подробности исследования опубликованы в научном журнале Applied Physics Letters (Q1).
«Эту прикладную разработку мы выполнили в рамках стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС «Квантовый интернет» по программе «Приоритет-2030» при тесном взаимодействии университета с индустрией. В частности, с нашим партнером ООО “Сверхпроводниковые нанотехнологии” (Сконтел), работающим на мировом рынке квантовых сенсоров. Мы надеемся, что благодаря нашим исследованиям и разработкам, компания не только сохранит лидирующие позиции России на традиционных рынках, но и завоюет новые: Индию, Вьетнам, Африку и Латинскую Америку, где развитие квантовых технологий только набирает силу, а доступ технологий из Европы и США сильно ограничен», — сказал к.ф.-м.н. Вадим Ковалюк, заведующий лабораторией фотонных газовых сенсоров НИТУ МИСИС.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 24-72-10105) и Минобрнауки России (FSME-2025-0004).
Фото: пресс-служба НИТУ МИСИС.
Об университете
Университет науки и технологий МИСИС – ведущий вуз в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов. Первым в России получил статус «Национальный исследовательский технологический университет». Входит в топ-5 лучших вузов страны по версии Round University Rankings и в топ-10 рейтингов Times High Education и Interfax. В составе: 9 институтов, 6 филиалов – четыре в России и два за рубежом; 48 исследовательских лабораторий и инжиниринговых центров. Основные направления: создание инновационных материалов для микроэлектроники, космоса, ядерной и солнечной энергетики и др.; металлургия; аддитивное производство; горное дело; биоинженерия; ИТ и машинное обучение; квантовые технологии и коммуникации; инжиниринг; промышленный дизайн; технологическое искусство; экономика и инноватика. Университет занимает лидерские позиции в программе Минобрнауки России «Приоритет-2030» и федеральном проекте «Передовые инженерные школы». Является участником пилотного проекта по совершенствованию системы высшего образования.
