Учёные НИТУ МИСИС, МПГУ, ВШЭ и Российского квантового центра (РКЦ) представили новый сверхчувствительный детектор, способный обнаруживать отдельные фотоны с эффективностью до 98%. Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда и Минобрнауки России. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Applied Physics Letters.
Сверхпроводниковые однофотонные детекторы позволяют находить отдельные кванты света с временным разрешением и низким уровнем ложных срабатываний. Такая технология необходима для создания фотонных квантовых процессоров, систем квантовой криптографии и биомедицинской визуализации.
Исследователи из РФ впервые показали, что детекторы из сплава молибдена и рения могут быть выращены на шероховатой пьезоэлектрической подложке ниобата лития. Новые детекторы также могут работать в однофотонном и многофотонном режимах в широком диапазоне длин волн от видимого до ближнего инфракрасного.
Традиционные сверхпроводниковые материалы, используемые для изготовления таких детекторов, имеют ограничения. Для производства таких материалов необходим высокотемпературный нагрев 600-800°C. Нагрев препятствует масштабированию и интеграции с перспективными фотонными платформами, такими как арсенид галлия и тонкоплёночный ниобат лития.
Лаборант‑исследователь лаборатории фотонных газовых сенсоров НИТУ МИСИС Владислав Коровин отметил, что у нового нового материала есть преимущество, позволяющее наносить плёнку при комнатной температуре. Это делает материал совместимым с любыми подложками, включая полупроводники, для которых нагрев выше 350°C нежелателен.
Научный сотрудник Центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ МИСИС, Алексей Невзоров рассказал, что молибден‑рениевая плёнка была нанесена на подложку из тонкоплёночного ниобата лития. Этот материал активно используется для создания миниатюрных высокоскоростных фотонных интегральных схем. Благодаря электрооптическому эффекту ниобат лития позволяет точно управлять световыми сигналами внутри чипа. Сочетание с новым сверхпроводящим покрытием делает возможным создание компактных и чувствительных квантовых устройств. Например, оптикорадиочастотных преобразователей для квантового интернета, который позволит объединить 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. Эти параметры являются ключевыми диапазонами для работы фотонных чипов. Устройство функционировало при относительно высокой температуре, не свойственной другим аморфным сверхпроводникам.
Заведующий лабораторией фотонных газовых сенсоров НИТУ МИСИС Вадим Ковалюк сообщил, что работа проводилась при тесном взаимодействии университета с индустрией, в частности, с ООО «Сверхпроводниковые нанотехнологии», работающим на мировом рынке квантовых сенсоров.
Источник: habr.com