Радиофизики ТГУ приблизились к созданию квантового компьютера
Уникальное сочетание таких свойств, как теплопроводность, низкое тепловое расширение и механическая прочность, делает алмазные кристаллы отличным кандидатом для мощных непрерывных и ультракоротких лазеров. Характеристики алмаза таковы, что они позволят работать устройствам на его основе при комнатной и повышенной температуре, при высоких уровнях радиации или в условиях химически агрессивных сред.
– Энергетические затраты при производстве синтетического алмаза в последнее время стали кратно ниже, чем при добыче и извлечении природного алмаза из породы. Технологии синтеза алмаза развивались, благодаря чему данный материал стал коммерчески доступен и теперь готов к активному использованию в электронике и фотонике. Помимо квантовых технологий, он найдет свое применение в радиационно-стойкой, высокотемпературной и силовой электронике – объясняет заведующий лабораторией квантовых информационных технологий РФФ ТГУ Евгений Липатов.
По словам Евгения Липатова, когда в 2000 году он, будучи магистрантом кафедры квантовой электроники и фотоники РФФ ТГУ, начал исследовать свойства алмаза, в его распоряжении был только один образец, который в то время был редким и дорогим материалом для исследований. Сегодня же синтетический алмаз начинает активно проникать в квантовые технологии: сенсорику, вычисления и криптографию.
В 2020 году при грантовой поддержке Министерства науки и образования РФ на радиофизическом факультете ТГУ была организована лаборатория квантовых информационных технологий, костяк которой составили ученые и преподаватели кафедры квантовой электроники и фотоники РФФ и ученые Института сильноточной электроники СО РАН.
– Мы нацелены на изучение физических основ и создание квантовой элементной базы для сенсоров магнитного поля, интегральных лазеров, систем квантовой криптографии и квантовых вычислений. Так, мы впервые в мире продемонстрировали лазерное излучение на NV-центрах в алмазе при оптическом возбуждении. Сейчас энергия в импульсе нашего алмазного лазера выросла на 3 порядка и составляет десятки микроджоулей. Таким образом, мы приближаемся к созданию предпромышленного образца, – сказал Евгений Липатов.
Открытие алмазного NV-лазера было сделано в коллаборации с научными и инновационными коллективами из Москвы (ВНИИА, МГУ), Новосибирска (ИГМ СО РАН, ООО «Велман») и Томска (ИСЭ СО РАН). Подробное описание лазера на NV-центрах в алмазе можно найти в статье «NV–diamond laser» ученых лаборатории квантовых информационных технологий ТГУ, опубликованной в журнале Nature Communications.
Появление инжекционных алмазных лазеров станет очередным новым шагом на пути к созданию квантового компьютера на основе алмаза. На первом этапе на их основе будут собраны быстродействующие квантовые сенсоры магнитного поля, затем велика вероятность появления и самих квантовых компьютеров на основе алмаза, которые будут работать при комнатной температуре.
– Это уже не фантастика, и в мире уже появились стартапы, которым инвесторы выделили средства на создание квантовых ускорителей и квантовых процессоров на NV-центрах в алмазе. В России есть много ученых с мировым именем, которые могли бы передать свои знания и компетенции молодым ученым, преподавателям и инноваторам. В этом случае у нашей страны есть впечатляющие перспективы занять лидирующие позиции в производстве квантовой элементной базы и приборов углеродной электроники и фотоники, – подытожил Евгений Липатов.
Источник: Новости ТГУ