Доработка конструкции устройства проводится в рамках проекта «стомиллионника» — «Квантовые структуры для посткремниевой электроники», поддержанного Минобрнауки России.
Детектор одиночных фотонов, разработка ИФП СО РАН (фото предоставлено В.В. Преображенским)
На Школе молодых ученых «Оптика и фотоэлектрика квантовых систем», прошедшей в Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, заведующий лабораторией нелинейных резонансных процессов и лазерной диагностики ИФП СО РАН член-корреспондент РАН Игорь Ильич Рябцев представил доклад «Квантовая информатика с одиночными атомами и фотонами».
В частности, он рассказал о разработке ИФП СО РАН для оптоволоконных систем однофотонной квантовой связи и коммуникаций — детекторе одиночных фотонов (однофотонном лавинном фотодиоде, ОЛФД).
Устройство позволяет регистрировать единичные фотоны и, соответственно, принимать закодированную в их квантовом состоянии информацию. Преимущество квантовой связи заключается в том, что канал передачи ключа для дешифровки данных — закрытый, и при этом скопировать передаваемую по нему информацию и остаться незамеченным невозможно, т.к. изменится квантовое состояние фотона, что будет зафиксировано участниками. Создание высокоэффективного детектора одиночных фотонов — одна из самых трудоемких частей всего процесса разработки квантовых линий связи и их компонентов.
«В процессе реализации проекта «Квантовые структуры для посткремниевой электроники» ученые ИФП СО РАН доработали разработанную ранее конструкцию ОЛФД, получили патент на одну из ключевых технологических операций — легирование цинком. Такой технологический этап в нашей стране в настоящее время могут осуществить только в ИФП СО РАН», — отметил Игорь Рябцев.
На сегодняшний день в мире существует три производителя детекторов одиночных фотонов, основной – компания Wooriro из Южной Кореи, два других — в Италии и в Гонконге. В России запрос на развитие каналов связи, использующих квантовое шифрование, есть от банковской сферы, от ряда других отраслей, где критически важна безопасная передача данных. Поэтому крайне востребована отечественная компонентная база.
«У детектора одиночных фотонов есть две ключевых характеристики — темновой ток и фоточувствительность. Научной группе в ИФП СО РАН удалось получить хорошие показатели темнового тока — он низкий, его характеристики на уровне тех, что демонстрируют мировые производители. Сейчас идет работа над улучшением фоточувствительности. Вместе с технологическим партнером будет проведено корпусирование, после этого — тестирование образцов уже в корпусе. Такой детектор — уникальное изделие, в России их не делает никто. Квантовые коммуникации в нашей стране активно развивает ОАО “РЖД”, на сегодняшний день потребность можно оценить примерно в 1000 штук в год».
Работы по созданию детектора одиночных фотонов в ИФП СО РАН были инициированы Игорем Ильичом Рябцевым, разработка конструкции и проведение измерений выполнены ОЛФД к.ф.-м.н. Игорем Борисовичем Чистохиным, выращивание полупроводниковых гетероструктур проводилось методом молекулярно-лучевой эпитаксии в лаборатории под руководством к.ф.-м.н. Валерия Владимировича Преображенского, изготовление ОЛФД на технологической линии A3B5 — под руководством заведующего молодежной лабораторией ИФП СО РАН к.ф.-м.н. Максима Сергеевича Аксенова, первичное тестирование экспериментальных образцов осуществлялось в лаборатории нелинейных резонансных процессов и лазерной диагностики ИФП СО РАН.
Справка
Школа молодых ученых по оптическим и фотоэлектрическим свойствам полупроводниковых квантовых систем «Оптика и фотоэлектрика квантовых систем» прошла в Институте физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН при поддержке Российского научного фонда (проект № 23-72-30003).
Курс лекций двухдневной Школы состоял из десяти докладов разнообразной тематики. Названия некоторых из них: «Поглотители на основе черных металлов: морфология, электрические и оптические свойства», «Универсальная память: миф или будущее?», «Фототоки, индуцированные структурированным излучением», «Магнитный вейлевский полуметалл: поверхностные состояния в транспортных экспериментах».
Приглашенными докладчиками стали ведущие ученые ИФП СО РАН, Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе (Санкт-Петербург), Института физики твердого тела (Черноголовка).
В мероприятии приняли участие более 40 молодых ученых — студенты и аспиранты Новосибирского государственного университета, Томского государственного университета, Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН. Всего конференция собрала более 60 слушателей.
Источник информации и фото: пресс-служба ИФП СО РАН