Квантовые технологии: правительственные инициативы, фотонная память, лазеры, атомные часы и перспективы

Квантовые технологии: правительственные инициативы, фотонная память, лазеры, атомные часы и перспективы

Выпуск 3(6677) от 07 февраля 2019 г.
РУБРИКА: КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Работы в области квантовой электроники – ​перспективное направление дальнейшего развития микро- и радиоэлектроники. К их числу относятся исследования в таких сферах, как фотоника (в частности, кремниевая фотоника) и лазерные технологии. Большое число исследовательских программ осуществляется в области квантовых технологий на уровне как отдельных стран («Национальная инициатива в области квантовых технологий» – ​National Quantum Initiative, США), так и межгосударственных объединений («Программа обеспечения лидерства в квантовой сфере» – ​Quantum Flagship program, ЕС). Одна из областей успешного применения кремниевой фотоники – ​волоконно-оптические средства и сети связи.

Появление и развитие новых перспективных технологий во многом будет обеспечиваться фотоникой. Именно поэтому повышенное внимание и растущее финансирование получают инициативы в области квантовой электроники. Основные направления – ​собственно квантовые технологии, криптография и сфера обнаружения и распознавания (объектов, явлений и т. д.).

Фундаментальной основой квантовой физики стали работы Макса Планка, осуществленные на рубеже XIX–XX вв., и последовавшая за этим разработка Альбертом Эйнштейном теоретической базы. Как следствие, мы стали лучше понимать окружающий нас мир, появились многочисленные технологии на основе квантовых явлений.

По мере того как инструментальные средства, основанные на принципах классической физики, достигают предела своих возможностей, они будут заменяться технологиями с расширенными возможностями, способными обеспечить увеличение производительности. Тенденция наблюдается в разных странах и служит устойчивым стимулом увеличения государственного финансирования на развитие фотоники и лазерных технологий. Реализуемые на эти средства инициативы направлены на создание центров передового опыта, налаживание связей между научно-исследовательскими организациями и промышленностью. С экономической точки зрения центры передового опыта привлекают силы различных профессиональных сообществ для дальнейшего развития квантовых технологий и их рынка.


ИНИЦИАТИВЫ

Европейский союз в настоящее время реализует инициативу «Программа обеспечения лидерства в квантовой сфере», на которую в течение 10 лет будет израсходован 1 млрд евро (1,13 млрд долл.). Планируется создать «квантовую паутину», включающую в себя компьютеры, датчики и имитационные модели, объединенные квантовыми сетями.

В Великобритании реализуются две национальные инициативы. Во-первых, это «Концентратор квантовых технологий» (Quantum Technology Hub) – ​сеть, в рамках которой осуществляются работы по четырем направлениям: датчики и метрология; методы формирования изображений, улучшенные квантовыми технологиями; сетевые квантовые информационные технологии; квантовые коммуникационные технологии. Инициатива рассчитана на 10 лет, ее бюджет составляет 270 млн евро (338 млн долл.). Во-вторых, с 2018 г. реализуется инициатива в области совместных работ по квантовому ПО и моделированию квантовых технологий (Prosperity Partnership in Quantum Software for Modeling and Simulation). В ней принимают участие лаборатория квантового искусственного интеллекта корпорации Google (Google Quantum AI Lab), Институт квантовой информации Бристольского университета, Институт квантовой науки и технологии (UCLQ) Лондонского университета, а также две английские фирмы – ​Network (GTN) и Phasecraft. Одна из целей партнерства – ​создание в Великобритании индустрии квантового программного обеспечения.

В США в 2018 г. Конгрессу был представлен «Закон о Национальной квантовой инициативе», согласно которому должна начаться реализация 10-летней программы, финансируемой Министерством энергетики, Национальным научным фондом и Национальным институтом стандартов и технологии (Министерство торговли). Если законопроект будет одобрен, то Министерство энергетики будет получать на -НИОКР в области квантовых технологий 125 млн долл. ежегодно, а также сможет распределять на конкурсной основе 50 млн долл. в год по уже опробованному принципу финансирования мультидисциплинарных центров. Условие – ​проведение программ НИОКР и образования в области квантовых технологий, поддержание занятости соответствующих групп исследователей в кратко- и долгосрочных перспективах. Постоянный комитет Сената по торговле, науке и транспорту и Комитет Сената по делам вооруженных сил стремятся запустить аналогичные программы НИОКР.

В каждом из перечисленных направлений возможно любое развитие событий. Ядерная физика – ​одна из ключевых областей науки, позволяющая исследовать квантовые явления, ведущие к прорывным открытиям, такие, в частности, как лазерное охлаждение и лазерные ловушки (системы лазерного улавливания). Связанные с этими явлениями эксперименты требуют развития компонентов и инструментальных средств, обеспечивающих их проведение со все большей точностью и разрешающей способностью.

Фотоника как отрасль промышленности будет содействовать прогрессу развивающейся квантовой экономики за счет разработки и поставок источников излучения, оптических и механических компонентов, приборов и технологий. Показанный на рис. 1 принцип патентованного дельтовидного кольцевого резонанса позволяет удвоить объемный резонатор относительно стандартного резонатора типа «бабочка». Треугольная конфигурация позволяет подстраивать длину резонатора без воздействия на положение выходящего луча, направление или астигматизм луча, а также требует только двух зеркал объемного резонатора (в отличие от четырех в резонаторе типа «бабочка») при КПД согласованных гармоник >35% [1].



Источник: Spectra-Physics

Рисунок 1. Схематическое изображение дельтовидного кольцевого резонатора


ФОТОННАЯ ПАМЯТЬ

Свет – ​самый эффективный способ передачи информации, но есть и серьезный ограничивающий фактор – ​трудности хранения. Соответственно, центры обработки и хранения данных (ЦОД) используют в основном жесткие магнитные диски. В этом случае передача информации осуществляется по стоимости энергии, потребление которой в ЦОДах стремительно растет. Исследователи из Института фотонной интеграции Технического университета Эйндховена (Нидерланды) разработали гибридную технологию, демонстрирующую преимущество как оптических, так и жестких магнитных дисков. Результаты исследования, опубликованные в одном из последних выпусков журнала Nature Communications, демонстрируют потенциал кардинального изменения процесса хранения данных в будущих фотонных ИС.

Синтетические ферромагнетики


Обычно переключение происходит при приложении внешнего магнитного поля, заставляющего направление намагниченности изменяться с «1» на «0» или наоборот. Альтернативный вариант – ​ультракороткие (фемтосекундные) лазерные импульсы, т. е. полностью оптическое переключение, позволяющее получить более энергоэффективное и быстродействующее средство хранения данных.

Полностью оптические средства хранения данных известны около десятилетия. Впервые полностью оптическое переключение наблюдалось в ферромагнитных материалах, которые считаются одними из наиболее перспективных для приборов магнитной памяти. Исследования в этой области получили существенное развитие. Однако переключение намагниченности в этих материалах осуществляется путем многократных лазерных импульсов, что увеличивает время записи данных. Предполагается, что более перспективным материалом для полностью оптической памяти станут синтетические ферромагнетики, обладающие лучшими характеристиками по сравнению с обычными ферромагнетиками и лишенные ряда их недостатков.

Нидерландским ученым удалось достичь полностью оптического переключения в синтетических ферромагнетиках. Данная материальная система в высокой степени соответствует применениям в области спинтроники, так как позволяет использовать одиночные фемтосекундные лазерные импульсы, обеспечивая высокую скорость записи данных и снижение энергопотребления. Специалисты отмечают, что длительность переключения направления намагниченности с использованием одиночного импульса в системе полностью оптического переключения измеряется в пикосекундах, что примерно от 100 до 1000 раз быстрее, чем это возможно при использовании современных технологий. Более того, так как оптическая информация хранится в магнитных битах, исчезает необходимость использования энергозатратной электроники. Таким образом, налицо существенный потенциал для использования в фотонных ИС в будущем.


Запись данных «на лету»

Кроме того, ученым Технического университета Эйндховена удалось интегрировать полностью оптическое переключение с так называемой беговой памятью. В данной системе магнитные биты непрерывно записываются с использованием светового излучения и немедленно транспортируются нанотрубочным проводником, оставляя пространство памяти незаполненным и готовым к сохранению новых данных. Это своего рода копирование информации между оптической и магнитной памятью «на лету», без каких-либо промежуточных электронных этапов. Данный подход обеспечивает очень существенное повышение быстродействия и снижение энергопотребления.

Исследование проводилось на микрометровых (микронных) проводах. В дальнейшем для улучшения интеграции на кристалле ИС предполагается создать приборы нанометрового масштаба. Кроме того, работа над окончательной интеграцией фотонного ЗУ включает в себя изучение считывания магнитных данных, которое также можно сделать полностью оптическим [2].


ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ ЛАЗЕРЫ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ ПО ЧАСТОТЕ

Кольцевые лазеры, работающие в непрерывном режиме, обеспечивают стабильность частоты, узкую линию генерации излучения и стабильность длины волны – ​важные рабочие параметры для квантовых применений, требующих возбуждения спектрально узких атомных переходов. Кольцевые лазеры, использующие в лазерном резонаторе фотоны и обеспечивающие однонаправленное распространение излучения, часто представлены титан-сапфировыми (Ti:Sa) структурами. Хотя непрерывные кольцевые лазеры нельзя назвать новинкой рынка, они укладываются в тенденцию последних лет: простота использования и компактность. В настоящее время стандартными для них характеристиками стали управляемая компьютером настройка длины волны и саморегулировка луча (при накачке). Диапазон настройки спектра излучения при наличии соответствующей оптики можно расширять, благодаря чему осуществляется покрытие диапазона более 300 нм, от <700 до >1000 нм, при этом изменения компонентов не требуется.

Лазеры накачки, мощность которых в последние годы выросла и достигла 25 Вт, обеспечивают 7-Вт выход кольцевого лазера при длине волны 800 нм. Активная стабилизация частоты может сузить ширину линии до десятков килогерц в качестве стандартной опции. При использовании высоко стабильного опорного (эталонного) резонатора ширину линии можно сократить еще больше – ​вплоть до уровня 1 Гц. Используя квантовое преобразование ультрафиолетового и видимого диапазонов спектра в излучение среднего ИК-диапазона, можно получить доступ к более широкому диапазону атомных переходов и, соответственно, расширить квантовые применения. Для этого, в частности, предназначены такие методики, как резонансная генерация второй гармоники (SHG) и смешивание длин волн.

Другой общепринятый источник лазерного излучения, используемый в ядерной физике, – ​перестраиваемый полупроводниковый лазер с внешним резонатором (ECDL). Платформа включает в себя встроенный во внешний резонатор полупроводниковый диодный лазер и обеспечивает стабильность, одномодовый режим генерации лазерного излучения и узкую ширину линии. Длины волн ограничены наличием подходящих диодов и узкими полосами усиления полупроводниковых материалов. Хотя ECDL демонстрируют меньшую выходную мощность, чем кольцевые лазеры, они хорошо подходят для дешевых полупроводниковых решений. При этом многие эксперименты не требуют подстройки длины волны. Чаще всего используются длины волн ближней ИК-области спектра, например для атомных переходов цезия и рубидия. Однако также доступны ECDL на синих длинах волн, которые представляют собой простую альтернативу методикам генерации гармоник [1].


КРЕМНИЕВАЯ ФОТОНИКА ДЛЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЙ СВЯЗИ

По мере того как скорости передачи данных на одной длине волны приближаются к 1 Тбит/с, обостряется необходимость достичь более тесной связи оптической и электронной составляющих в изделиях кремниевой фотоники. Фотонные средства связи предполагают наличие на одном конце линии лазера для передачи данных («1» или «0») и фотоприемника на другом конце – ​для записи фототока. Этот простой формат модуляции называется амплитудной модуляцией (on-off keying, OOK), а прием – ​прямым детектированием.


Когерентная связь

В одномодовом режиме для передачи информации, помимо оптической мощности, могут использоваться два дополнительных ортогональных измерения. Когерентная связь использует три эти несущие возможности, что увеличивает скорость передачи данных (в Гбит/с) по меньшей мере в четыре раза. В настоящее время развернуты системы, обеспечивающие увеличение пропускной способности в 12 раз, что достигается за счет способности приемника считывать амплитуду и фазу сигнала. Коррекция позволяет практически осуществлять сложную многоуровневую модуляцию, такую как 16-QAM (16-компонентная квадратурная амплитудная модуляция).

Когерентные средства связи смешивают полученный сигнал с сигналом опорного лазера (гетеродина) в высокоскоростных фотодетекторах. Хотя концепция оптической когерентной связи далеко не нова (она возникла в 1980-е гг.), широкое распространение она получила только тогда, когда развитие КМОП-приборов позволило сократить процесс цифровой обработки сигнала и достичь скорости передачи данных порядка 100 Гбит/с. Это случилось около 2010 г. С тех пор был достигнут значительный прогресс, и решения когерентной связи продемонстрировали экспоненциальное снижение потребляемой мощности, размера приборов и их стоимости – ​примерно на 40% (рис. 2).



Источник: Photonics Spectra

Рисунок 2. Сокращение потребляемой мощности, стоимости и занимаемой площади когерентных средств связи по отношению к скорости передачи данных


Квантовая фотоника

Кремний (Si) – ​самый распространенный в земной коре элемент и наиболее широко используемый материал в электронике. Его кристаллы легко выращиваются и обладают низким уровнем дефектности, он обладает относительно высокой подвижностью электронов и дырок, а его оксид имеет хорошие диэлектрические свойства. Параметры диоксида кремния (SiO2) оказались настолько подходящими для разработчиков, что привели к созданию пластин типа «кремний-на-изоляторе» (КНИ/SOI). КНИ-пластины формируются путем соединения двух оксидированных кремниевых пластин с последующим удалением большей части одной из них. В результате получается тонкий высококачественный слой кремния поверх почти совершенного изолятора на кремниевой пластине большого диаметра (обычно 300 мм). КНИ-пластины используются в электронике для изготовления транзисторных схем с крайне низким током утечки для систем с малой потребляемой мощностью.

Помимо прочего, кремний оптически прозрачен в O- и C-диапазонах (1230–1360 и 1530–1565 нм соответственно) – ​потери первичных волн оптического диапазона в кремниевом волноводе могут составлять всего 0,2 дБ/см, что сводит общие потери распространения большинства практических фотонных приборов к уровню менее 1 дБ. Высокий контраст показателей преломления Si (3,48) и SiO2 (1,45) позволяет создавать очень компактные приборы, такие как оптические приемопередатчики с возможностями устойчивых дифракционных решеток, поляризационных светоделителей и вращателей (плоскости поляризации светового излучения). На рис. 3а показано поперечное сечение типичного кремниевого волновода. Для формирования p-n-переходов и ширины обедненной зоны за счет прилагаемого напряжения модуляторы можно изготавливать путем легирования кремния (3б). Фотоприемники могут формироваться путем выращивания германия (Ge) поверх кремния (3в). Ge подходит для использования в фотоприемниках, так как его кристаллическая решетка в высокой степени согласуется по параметрам с кристаллической решеткой Si (рассогласование –4%). Кроме того, у Ge ширина запрещенной зоны меньше, чем у Si, что позволяет ему поглощать свет в О- и С-диапазонах.



Источник: Photonics Spectra

Рисунок 3. Структура кремниевого волновода: а – пассивный волновод; б – модулятор, действующий как диод и иллюстрирующий переход между р-легированным и n-легированным полупроводником; в – фотоприемник


Кремниевая фотоника обладает многими преимуществами в применениях, предусматривающих массово-поточное производство. Изделия кремниевой фотоники можно изготавливать на стандартных мощностях по обработке пластин, предназначенных для кремниевых ИС и других изделий микроэлектроники. Кроме того, платформы кремниевой фотоники обеспечивают высокий выход годных – ​опять-таки из-за использования процессов, отработанных на стандартных ИС. Однако при всем этом кремниевая фотоника по-прежнему нуждается в монолитно интегрированном источнике излучения. Кремний и относящиеся к IV группе таблицы Менделеева элементы, такие как Ge, обладают запрещенной зоной с непрямыми переходами и способствуют прикреплению полупроводниковых лазеров на основе соединений АIIIВV к кремнию на уровне пластины. Размеры подобных лазеров могут изменяться от малых субсборок до чиплетов с оксидно-оксидной связью.

По мере того как увеличивается скорость передачи данных (в битах) и растет число электронных и фотонных приборов, размещаемых в одном корпусе, интеграция лазера в кремний становится все менее желательной. Это обусловлено тем, что при высоких скоростях передачи данных электроника рассеивает много тепла, поэтому предпочтительнее держать лазер отдельно – ​как «источник оптической мощности».

Когерентные приемопередатчики эволюционировали от модуляторов на ниобате лития (LiNbO3) и арсениде галлия (GaAs) с приемниками на основе фосфида индия (InP) и SiO2-сплиттерами (светоразделителями) планарного типа (planar lightwave circuit, PLC) до однокристальных кремниевых фотонных приемопередатчиков (рис. 4). Подобный однокристальный передатчик содержит все оптические элементы когерентного приемопередатчика (за исключением лазера), включая поляризационные сплиттеры и вращатели плоскости поляризации, быстродействующие модуляторы, высокоскоростные фотоприемники и регулируемые оптические аттенюаторы.



Источник: Photonics Spectra

Рисунок 4. Развитие когерентных приемопередатчиков

* BGA (ball grid array) – корпус с матричным расположением шариковых выводов.



Еще в 2012 г. кремниевые фотонные когерентные приемопередатчики корпусировались в герметичные модули. Теперь же изготовители, следуя тенденции корпусирования электронных ИС, переходят к размещению кристаллов на печатной плате. Такой подход предлагает существенное снижение издержек. На рис. 5 показан кремниевый фотонный когерентный приемопередатчик на BGA-подложке.



Источник: Photonics Spectra

Рисунок 5. Кремниевый фотонный когерентный приемопередатчик в BGA-корпусе и его показатели: а – фотография оптоэлектронного BGA-прибора; б – измеренные характеристики 200-Гбит/с 16‑QAM передачи и приема, частота появления ошибочных битов по сравнению с оптическим отношением сигнал–шум (OSNR) и конфигурация каналов; в – тестовая платформа


Изготовители кремниевой фотоники производят оптические приемопередатчики с конца 1980-х гг. (рис. 6). Коммерциализация технологии началась с корпорации Oclaro (в то время Bookham Technology) в 1988 г. К началу 2000-х гг. появилось несколько фирм, включая Luxtera, Lightwire и Mellanox Technologies, которые начали производить приемопередатчики прямого детектирования с малым радиусом действия (<2 км). Корпорация Acacia Communications в 2012 г. представила коммерческие когерентные приемопередатчики дальней связи ((>100 км) и с тех пор постепенно осваивает изделия со все меньшим радиусом действия.



Источник: Photonics Spectra

Рисунок 6. История фирм-производителей когерентных фотонных приемопередатчиков


ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ

По состоянию на 2018 г. когерентные решения поддерживают скорость передачи данных до 600 Гбит/с на одну длину волны и используют последние достижения в области цифровой обработки данных. В обозримом будущем скорость передачи данных на одной волне может превысить 1 Тбит/с, что еще больше снизит удельную стоимость передачи данных в пересчете на бит, но потребует более тесной интеграции электронной и оптической частей приемопередатчиков.

Недавно были представлены линии связи с малым радиусом действия (<2 км) со скоростью передачи данных 400 Гбит/с на приемопередатчик (100 Гбит/с на волновод). Следующим шагом могут стать линии связи со скоростью передачи данных 800 Гбит/с на приемопередатчик с использованием восьми каналов PAM4 (4-уровневая импульсно-амплитудная модуляция).

Увеличение скорости передачи данных до уровня более 100 Гбит/с на длину волны в решениях прямого когерентного детектирования может сделать их пригодными для использования в -ЦОДах (если скорость передачи данных приемопередатчика будет превышать 800 Гбит/с). Для поддержки данной тенденции потребуется наличие недорогих когерентных лазеров.


АТОМНЫЕ (КВАНТОВЫЕ) ЧАСЫ

К применениям технологии перестраиваемых лазеров, работающих в непрерывном режиме, относятся атомные часы, квантовые вычисления, а также новые работы по созданию оптических ловушек в микрогравитационных средах. В настоящее время сети атомных часов размещаются на спутниках. Как правило, каждый спутник содержит четыре атомных часовых прибора на основе атомов рубидия или цезия. Базовые станции беспроводных телефонов и сетей передачи данных хорошо синхронизируются с использованием времени GPS, что позволяет ограничить эфирное время, используемое услугами цифрового радиовещания и услугами GPS-навигации. Как и во всех часах, в атомных часах причиной смещения (дрейфа) показателей являются исходные ошибки. Сдвиг атомных часов может доходить до 1 нс в день – ​соответственно, для их синхронизации на различных спутниках требуется вводить поправки. В настоящее время скорректированный дрейф составляет 1–2 м от ошибки определения местоположения GPS-навигации.

Работы по дальнейшему повышению точности атомных часов ведутся непрерывно. Наиболее точные атомные часы на сегодняшний день – ​прибор на оптической кристаллической решетке атомов стронция, созданный в Объединенном институте лабораторной астрофизики (JILA) Колорадского университета в Боулдере (США). Эти часы работают на ультрастабильном синхронизирующем лазере, направляющем импульсы на охлаждаемые и захваченные лазером атомы стронция (рис. 7). Стронций был выбран из-за его высококачественных опорных частот с коэффициентом качества 1018. Атомы охлаждаются и загружаются в оптическую решетку, где они захватываются стоячими волнами излучения, при этом тактовая частота лазера может быть измерена по отношению к атомному резонансу. Улучшенная точность атомных часов позволяет измерять и другие величины, отличные от времени, например гравитацию.

Индустрия фотоники обеспечивает возможность создания разнообразных высокоэффективных компонентов и технологий за счет разработки и поставок источников излучения, оптических и механических компонентов, инструментальных средств обнаружения движения и перемещения, а также сверхвысоковакуумных продуктов.


КВАНТОВЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ

Квантовые вычисления демонстрируют серьезные успехи в области, часто именуемой «гонкой за квантовое превосходство» – ​оно будет достигнуто в тот момент, когда квантовый компьютер сможет превзойти традиционную компьютерную систему и выполнить традиционно невыполнимую задачу. Теоретические исследования, проводимые в настоящее время, нацелены на определение числа кубитов, необходимых для достижения квантового превосходства. Одновременно создаются и более мощные квантовые компьютеры. В марте 2018 г. корпорация Google представила наиболее производительный 70-кубитный квантовый компьютер, сменивший предыдущего рекордсмена – ​50-кубитную машину корпорации IBM, созданную в ноябре 2017 г.

Современные квантовые компьютеры требуют лабораторных условий. Например, существующая система IBM занимает 9,75 м2 и состоит из одной микросхемы, размещенной внутри контейнера, термически, электрически и магнитно изолированного от окружающей среды. Тем не менее квантовые вычисления уже доступны исследователям через «облако» приложений для решения реальных задач, таких как разработка и создание фармацевтических препаратов.

До сих пор, как правило, создавались полупроводниковые квантовые компьютеры. Однако исследователи ищут и другие пути. Например, стартап Atom Computing (г. Беркли, шт. Калифорния, США) планирует пойти другим путем и создать индивидуально управляемые атомарные массивы. Благодаря использованию ловушек предполагается значительно увеличить время когерентности до значений, на много порядков превосходящих показатели конкурирующих технологий. За счет использования сложной оптики и структурированных приборов облучения появляется возможность маршрутизации сигналов на большое число атомов без необходимости подведения разводки к каждому кубиту.


РАЗВИТИЕ ОСНОВНЫХ ПРИНЦИПОВ

Инструментальное средство Cold Atom Laboratory (CAL), работающее на Международной космической станции, будет способствовать дальнейшему изучению фундаментальных исследований и открытию новых квантовых явлений, наблюдаемых только в условиях микрогравитации. CAL формирует состояние конденсатов Бозе–Эйнштейна (КБЭ) в магнитооптических ловушках, а условия микрогравитации позволяют устранить эффекты возмущений, что невозможно в условиях земных лабораторий. Таким образом удается повысить длительность наблюдения.

Идея состоит в том, что, изучая невозмущенные системы, можно обнаружить новые, еще не открытые квантовые явления. Подход Лаборатории реактивного движения (научно-исследовательский центр НАСА близ Лос-Анджелеса, шт. Калифорния, США) к созданию CAL заключался в использовании по возможности коммерчески доступных, имеющихся на рынке и хорошо зарекомендовавших себя технологий, а также внесении необходимых изменений.

* * *

Таким образом, фотонная промышленность продолжает вносить свой вклад в развитие фундаментальной физики, способствуя осуществлению жизненно важных открытий, а обнаружение неизвестных квантовых явлений иногда выходит за пределы нашего мира [1].

 

1. Poullos Diana. Quantum Applications Jump Forward with Photonics. Photonics Spectra Digital Edition – ​January 2019: https://www.photonicsspectra-digital.com/photonicsspectra/january_2019/MobilePagedArticle.action?articleId=1454435&app=false#articleId1454435 

2. Next Generation Photonic Memory Devices Are Light-Written, Ultrafast and Energy Efficient. Solid State Technology. The Pulse, January 14, 2019: https://electroiq.com/2019/01/next-generation-photonic-memory-devices-are-light-written-ultrafast-and-energy-efficient/ 

3. Doerr Christopher. Trends in Silicon Photonics for Fiber Optic Communication. Photonics Spectra Digital Edition – ​January 2019: https://www.photonicsspectra-digital.com/photonicsspectra/january_2019/MobilePagedArticle.action?articleId=1454437&app=false#articleId1454437


МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА

Наталья Истомина

Традиционно фотоника объединяет прикладные аспекты лазерной физики, опто-электронику, оптоволоконную и нелинейную оптику, медицинскую диагностику, лазерную и ТГц-спектроскопию, квантовые вычисления. Текущий уровень развития фотоники может быть обеспечен только за счет формирования консорциумов и ассоциаций, способных объединить и консолидировать усилия ученых и разработчиков. Для обеспечения своих лидирующих позиций в фотонике страны идут по пути создания программ поддержки исследований и разработок.

В России дела с созданием подобных объединений идут туго. Так, Лазерная ассоциация, объединяющая специалистов в области лазерной техники, давно уже разработала «дорожную карту» фотоники и создала технологическую платформу «Фотоника», которая существует де-факто, но де-юре не признается в угоду амбициям политиков от промышленности. В области квантовых технологий в России дела обстоят лучше – ​созданы квантовые центры:

Центр квантовых технологий (2018) на базе МГУ им. М. В. Ломоносова совместно с научными и коммерческими организациями: МГТУ им. Н. Э. Баумана, Санкт-Петербургский государственный университет, ВНИИ автоматики им. Н. Л. Духова, Казанский научный центр РАН, Институт физики полупроводников СО РАН, Физико-технологический институт РАН, Институт физики твердого тела РАН, ООО НТП «Криптософт», Концерн «Автоматика» и компания «ИнфоТеКС»;

Казанский квантовый центр при КНИТУ-КАИ с финансовой поддержкой правительства республики Татарстан (2014);

Российский квантовый центр (http://rqc.ru), с финансовой поддержкой за счет грантов фонда «Сколково» (2010).

С учетом взятого курса на цифровой подход к решению жизненно важных задач современности надо понимать, что России необходима консолидация финансовых и организационных усилий в области фотонных технологий.

 


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 22 (6721) от 12 ноября 2020 г. г.
Выпуск 13(6687) от 04 июля 2019 г. г.