Лаборатория создана в 2011 году в результате победы НИТУ «МИСиС» в конкурсе мегагрантов Министерства образования и науки РФ. Основные направления работы лаборатории - экспериментальные исследования электромагнитных свойств сверхпроводящих метаматериалов в диапазоне сверхвысоких частот с использованием одномерных и двумерных структур.

Заведующий лаборатории – Алексей Валентинович Устинов, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой Технологического института Карлсруэ (Германия); руководитель группы в Российском квантовом центре.

Алексей Устинов - один из наиболее известных в мире экспертов по длинным джозефсоновским переходам и физике магнитных солитонов - нелинейных волн в этих структурах. Он посвятил много лет исследованию многослойных и дискретных джозефсоновских систем, в этих областях опубликованы его наиболее цитируемые работы. В 2000 году группа Устинова обнаружила внутренние локализованные моды (дискретные бризеры) в массивах джозефсоновских контактов. В 2003 году группа опубликовала в Nature сообщение о туннелировании джозефсоновского вихря – крупнейшего квантового объекта, когда-либо обнаруженного. В последние годы коллектив Устинова сосредоточен на сверхпроводящих кубитах.

Инновационные проекты:

В мае 2015 года весь мир облетела громкая научная новость: в России впервые создан сверхпроводящий кубит. Над этим работала группа исследователей под руководством Олега Астафьева (МФТИ), Алексея Устинова (НИТУ «МИСиС») и Валерия Рязанова (Институт физики твердого тела РАН).

Квантовые биты или кубиты - главный составной элемент будущих квантовых компьютеров, которые работают благодаря эффектам квантовой физики. Они смогут выполнять вычисления, которые недоступны даже самым мощным современным компьютерам. Как считают ученые, квантовые компьютеры позволят совершить следующий большой скачок в области вычислений.

Элементы классических компьютеров могут хранить только один бит: 1 или 0. Кубиты - это квантовые объекты, которые могут находиться в суперпозиции двух состояний, то есть кодировать сразу логическую единицу и ноль, что создает принципиально новые возможности для обработки информации. Компьютер из нескольких тысяч кубитов может легко превзойти мощнейшие современные суперкомпьютеры в решении целого ряда вычислительных задач.

В роли кубитов могут выступать атомы или электроны, данные кодируются в их спине (магнитном моменте). Однако такие кубиты крайне неустойчивы ко внешним воздействиям, их состояние легко разрушается из-за внешних «шумов», процедура считывания и записи информации на них крайне сложна, как и ловушки, которые используются для их хранения.

В начале 2000-х годов ученые обнаружили, что можно создавать «искусственные атомы», которые ведут себя в соответствии с законами квантовой физики, но значительно проще в использовании. Одни из таких объектов - джозефсоновские контакты, состоящие из двух сверхпроводников, разделенных тонким слоем диэлектрика. Электроны благодаря квантовым эффектам могут «просачиваться» (туннелировать) сквозь диэлектрик.

Кубиты, построенные из нескольких джозефсоновских контактов, ведут себя как атомы. Они могут находиться в основном и возбужденном состоянии, излучать и поглощать фотоны. Такие кубиты могут создаваться с помощью существующих методов литографии, на которых основано современное производство микросхем.

Алексей Устинов, руководитель лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» НИТУ «МИСиС» так прокомментировал это событие: «Сейчас можно с уверенностью сказать, что в России есть научные центры, оборудование, технологии, ученые и разработки, которые позволят на мировом уровне конкурировать с ведущими научными центрами, в том числе и в создании квантовых компьютеров. И НИТУ «МИСиС», несомненно, является значимой частью этой научной среды. В России существуют пока всего четыре лаборатории, вместе с нашей, способные проводить эксперименты с кубитами, и еще у нас одна из лучших научных команд».

«Квантовый компьютер сможет позволить расшифровывать любые сообщения, зашифрованные современными криптографическими алгоритмами. Его построение приведет к огромным изменениям в системах информационной безопасности. Кроме того, создание квантового компьютера позволит использовать принципиально новые информационно-технологические системы. Квантовые вычислительные устройства позволят решать широкий спектр задач, таких, как синтез материалов с желаемыми свойствами, сложные задачи сортировки, оптимизации и распознавания образов, а также моделирование квантовых систем. Большую часть таких задач невозможно решить на обычных классических компьютерах», - подытожил свое выступление Алексей Устинов.

Научные статьи и публикации

Контакты:

Алексей Валентинович Устинов, заведующий лабораторией «Сверхпроводящие метаматериалы», доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой Технологического института Карлсруэ (Германия)
Телефон: +7 (495) 638 46 46
E-mail: smm@misis.ru

Сергей Витальевич Шитов, главный научный сотрудник лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы», доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ИРЭ им. В. А. Котельникова РАН        

Валерий Владимирович Рязанов, главный научный сотрудник лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы», доктор физико-математических наук, профессор МФТИ, заведующий лабораторией свехпроводимости в ИФТТ г. Черноголовка

Александр Владимирович Карпов, ведущий научный сотрудник лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы», доктор физико-математических наук 

Сергей Иванович Мухин, старший научный сотрудник лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы», доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой ТФиКТ НИТУ «МИСиС» 

Михаил Викторович Фистуль, инженер, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Кафедры теоретической физики Рурского Университета, г. Бохум (Германия), старший научный сотрудник Кафедры теоретической физики и квантовых технологий, НИТУ «МИСиС»

Владимир Игоревич Чичков, старший научный сотрудник лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы», кандидат физико-математических наук

Наталия Андреевна Малеева, младший научный сотрудник лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы», аспирант кафедры ТФиКТ НИТУ «МИСиС»

Кирилл Владимирович Шульга, младший научный сотрудник лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы»

Игорь Анатольевич Головчанский, инженер лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы», кандидат физико-математических наук

Николай Николаевич Абрамов, инженер лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы» 

Аверкин Александр Сергеевич, инженер лаборатории «Сверхпроводящие метаматериалы», аспирант кафедры ТФиКТ НИТУ "МИСиС"