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. 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», — сказал к.ф.-м.н. Алексей Невзоров, научный сотрудник Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ МИСИС.
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 №
и Минобрнауки России (FSME-2025-0004).
