Научный семинар ТОП ФИАН состоялся 11 апреля 2023 г. в конференц-зале корпуса КРФ-2
Докладчик: Профессор Гольцман Григорий Наумович (Московский педагогический государственный университет; НИУ «Высшая школа экономики»; Москва)
Тема доклада: «Сверхпроводниковый однофотонный детектор – ключевой элемент квантового вычислителя на фотонах и ионах, схем квантовых коммуникаций и квантовых сенсоров»
Аннотация: Фундаментальные исследования 1990-х годов локального неравновесного состояния в токонесущем сверхпроводящем нанопроводе привели нас 20 лет назад к прорывной технологии счета фотонов – сверхпроводниковому однофотонному детектору SSPD. В 2004 году нами была основана компания «Сверхпроводниковые нанотехнологии» (ООО Сконтел) – спин-офф МПГУ, которая успешно коммерциализирует многоканальные однофотонные приемные системы на базе SSPD. Благодаря самой высокой квантовой эффективности в ИК диапазоне, быстрому счету фотонов, отсутствию шумов и малому джиттеру SSPD быстро стал востребован на глобальном рынке квантовых технологий, для разработки квантовых вычислителей на фотонах, сетей квантовых коммуникаций и разнообразных квантовых сенсоров. Следующий технологический прорыв состоял в постановке сверхпроводникового однофотонного детектора SSPD на оптический волновод. Это открыло дорогу к созданию квантовых фотонных интегральных схем. В настоящее время изучается множество физических систем для реализации кубитов, включая сверхпроводящие цепи, захваченные ионы и атомы, квантовые точки, центры окраски в твердом теле и фотоны. Сверхпроводниковые однофотонные детекторы являются необходимой компонентной базой для двух из них: для квантового вычислителя на фотонах и на ионах. Благодаря ряду преимуществ, таких как масштабируемость, небольшая занимаемая площадь, малый вес, отсутствие необходимости в оптической юстировке, а также малое энергопотребление и совместимость с CMOS, квантовые фотонные интегральные схемы (QPIC) успешно решают эту задачу. В этом случае нанопроволока NbN помещается поверх нанофотонного волновода из Si3N4, что увеличивает эффективную длину взаимодействия. Благодаря этому можно добиться почти полного поглощения фотонов и уменьшить площадь покрытия детектора. Это сокращает мертвое время устройства и увеличивает эффективность детектора. Наш подход полностью масштабируем и, наряду с большим количеством устройств, интегрированных в один чип, может быть адаптирован, например, и к среднему ИК-диапазону, где технология счета фотонов пока отсутствует. Практически во всех продемонстрированных в разных странах сетях квантовых коммуникаций для больших расстояний и большой скорости передачи квантового ключа применяются SSPD детекторы. Они же востребованы во многих квантовых сенсорах. В презентации рассматриваются наиболее интересные примеры.