Отечественные сверхпроводниковые однофотонные детекторы получили признание не только в ключевых областях – квантовой криптографии и медицине, но и на глобальном рынке. На форуме «Микроэлектроника 2025» академик Григорий Наумович Гольцман раскрыл секреты создания этих устройств и привел яркие примеры их успешного применения.
Заглядывая за квантовый предел
Измерения света сталкиваются с фундаментальным барьером – квантовым. При падении интенсивности до уровня отдельных фотонов обычные законы физики отступают. Традиционные детекторы, как в смартфонах, здесь бессильны, им нужны миллионы частиц света. Для ультраслабого излучения созданы уникальные приборы, способные регистрировать приход даже единственного фотона.
Как услышать кванты света
Такие инструменты жизненно важны там, где каждая световая частица – носитель ценных данных. Их работа зиждется на квантовых эффектах в экзотических материалах при сверхнизких температурах. Упрощенно принцип напоминает запуск лавины: один фотон, попадая на сверхчувствительный элемент, вызывает цепную реакцию носителей заряда. Это преобразуется в четкий электрический импульс – "щелчок" прибытия кванта света.
Успехи в квантовой криптографии: от DARPA до рекордов
«Квантовая криптография – наш крупнейший рынок, — подчеркнул Г.Н. Гольцман. — Наши детекторы изначально покупали даже в США. Пионером стала финансируемая DARPA сеть в Бостоне (2002-2007гг, 29 км). Тогда детекторы на 1.5 мкм производили только в России. Доказав работоспособность счетчиков фотонов для протяженных линий, мы позже уступили рынок США местным игрокам».
В 2022 году с китайскими партнерами был установлен рекорд дистанции передачи квантового ключа – 830 км, а сейчас расстояния измеряются тысячами километров! Прорыв стал возможен благодаря подавлению фоновых помех и снижению уровня ложных срабатываний до минимума (шум – в доли единиц за сутки), обеспечив надежную, пусть и небыструю, передачу ключей.
Перспективные направления: связь и лидары
«Наши технологии позволяют считать фотоны вплоть до 29 микрон, открывая путь к метеоустойчивой связи в атмосферных окнах ИК-диапазона, — продолжил ученый. — Применение на дронах демонстрируют китайские коллеги: их лидар с ИДЕ эффективностью **90% использует компактные криостаты с жидким гелием. Дрон нуждается в заправке, но это решение за сутки способно находить слабоотражающие цели за 100 км даже в тумане – один фотон способен достичь детектора сквозь рассеивающую среду».
Медицинский прорыв: точная диагностика
Особо Гольцман выделил российские достижения в медицине. Совместно с коллегами из Приволжского медицинского университета был проведен проект по исследованию раковых клеток: детекторы фиксировали синглетный кислород, выделяемый опухолями. Это обеспечило хирургам невероятно точное определение границ опухолей, позволив удалять образования размером всего в несколько миллиметров.
Новые методы в неврологии и офтальмологии
Другие проекты подтвердили потенциал для неинвазивного анализа мозгового кровотока на значительной глубине и раннего обнаружения патологий сетчатки по липофусциновым гранулам – предвестникам заболеваний.
Источник: scientificrussia.ru
