Физики из МФТИ нашли материал для скоростного квантового интернета

Фото: mipt.ru

Физики из МФТИ нашли «забытый» материал, который может стать основой для высокоскоростного квантового интернета. В  статье , опубликованной в ведущем журнале по квантовым технологиям Nature Partner Journal Quantum Information, показано, как повысить до более чем 1  Гбит/с скорость передачи информации по каналу, абсолютно защищённому законами физики, и сделать квантовый интернет таким же быстрым, как классический.

Весь мир ведёт гонку по созданию квантовых компьютеров. В  неё уже давно включились индустриальные гиганты Google, IBM, Microsoft и лидирующие международные исследовательские центры и университеты. Пока неизвестно, когда появятся такие устройства, но мир готовится к их появлению. Дело в том, что квантовый компьютер может вызвать переворот в сфере информационной безопасности. Конфиденциальность передаваемой информации  (личная переписка, банковская информация   и т. п.), обеспечивается сегодня алгоритмами шифрования, для взлома которых классическому суперкомпьютеру потребуются годы. Ожидается, что квантовый компьютер сможет сделать это за доли секунды.

К  счастью, уже предложено «противоядие», позволяющее на 100% защитить передаваемую информацию от квантовых компьютеров и вообще всевозможных видов атак. Речь идёт о квантовой криптографии, стойкость которой обеспечивается не сложностью расшифровки, а законами квантовой физики. Её принцип основан на невозможности создать копию неизвестного квантового состояния без изменения оригинала. Поэтому линия квантовой связи не может быть прослушана незаметно для отправителя и получателя. Квантовый компьютер тут не поможет злоумышленникам  — даже если они перехватывают передаваемые данные, об этом моментально становится известно, и незаметно украсть информацию не выйдет.

Передавать информацию лучше всего с помощью квантов света  — фотонов,  — несущих квантовые биты. Крайне важно использовать именно одиночные фотоны, иначе злоумышленник сможет перехватить дополнительные фотоны и получить копию сообщения. Принцип генерации одиночных фотонов достаточно прост. Возбуждённая квантовая система может перейти в основное состояние с испусканием ровно одного кванта света. Остаётся только найти подходящую для практического использования квантовую систему. В  этом и состоит вся сложность. К  примеру, квантовые точки хорошо работают только при очень низких температурах (порядка −200 °C), а ультрасовременные двумерные материалы, такие как графен, просто не могут часто излучать фотоны при электрическом возбуждении.

Решение исследователей из МФТИ состоит в использовании уже забытого сегодня в оптоэлектронике материала  — карбида кремния. «В  2014 году мы практически случайно обратили внимание на карбид кремния и сразу же высоко оценили его потенциал»,  — говорит Дмитрий Федянин , старший научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники. Однако, по его словам, впервые однофотонную электролюминесценцию в этом полупроводнике удалось получить в 2015 году группе учёных из Австралии.

Как ни странно, но именно с карбида кремния началась ни много ни мало вся современная оптоэлектроника: в нём впервые наблюдалась электролюминесценция  (свечение при пропускании электрического тока), в 1920-е годы на его основе были продемонстрированы первые в мире светодиоды, а в 1970-е в СССР они выпускались в промышленных масштабах. Однако в 1980-е карбид кремния был полностью вытеснен из оптоэлектроники прямозонными полупроводниками и практически забыт, поэтому сегодня он больше известен как очень твёрдый и термостойкий материал, из которого изготавливаются электротехнические элементы, бронежилеты и тормозные колодки суперкаров Porsche, Lamborghini и Ferrari.

Дмитрий Федянин и коллеги из лаборатории нанооптики и плазмоники Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ в своей работе исследовали физику однофотонной электролюминесценции центров окраски в карбиде кремния и разработали теорию, которая объясняет и точно воспроизводит экспериментальные результаты. Центры окраски  — это точечные дефекты кристаллической решётки, обладающие оптическим переходом в той области спектра, где бездефектный кристалл прозрачен. Именно они играют ключевую роль в однофотонной электролюминесценции. Использовав разработанную теорию, исследователи показали, как усовершенствовать карбид-кремниевый однофотонный светодиод, чтобы повысить скорость излучения фотонов до нескольких миллиардов в секунду. Именно это требуется для реализации протоколов квантовой криптографии на скорости порядка 1  Гбит/с. Два других автора исследования, Игорь Храмцов и Андрей Вишнёвый, обращают внимание на то, что, скорее всего, в будущем найдутся другие материалы, которые приблизятся к карбиду кремния по яркости однофотонного излучения, но, в отличие от карбида кремния, устройства из них не смогут быть промышленно изготовлены в том же технологическом процессе, что и большинство современных микросхем. Благодаря совместимости с КМОП -процессом однофотонные источники на основе карбида кремния практически недосягаемы для конкурирующих с ним материалов и могут решить проблему малой пропускной способности квантовых линий связи.


Исследование поддержано грантом Российского научного фонда №  17-79-20421.


Ссылка на оригинальную статью: I. A. Khramtsov, A. A. Vyshnevyy, D. Yu.  Fedyanin, Enhancing the brightness of electrically driven single-photon sources using color centers in silicon carbide , npj Quantum Information 4, 15 (2018).



Последние новости Подмосковья по теме:
Физики из МФТИ нашли материал для скоростного квантового интернета

Физики из МФТИ нашли материал для скоростного квантового интернета - МФТИ
Физики из МФТИ нашли материал для скоростного квантового интернета - Долгопрудный
Физики из МФТИ нашли «забытый» материал, который может стать основой для высокоскоростного квантового интернета.
12:05 13.03.2018 МФТИ
- Дубна
Физики из МФТИ нашли "забытый" материал, который может стать основой для высокоскоростного квантового интернета.
17:45 12.03.2018 OpenDubna.Ru
- Долгопрудный
Физики из МФТИ нашли “забытый” материал, который может стать основой для высокоскоростного квантового интернета.
14:57 12.03.2018 Долгие Пруды
 
По теме
Осенний бал - Управление образования Администрации Красногорского района 30 ноября 2018 года на базе МБДОУ №24 состоялся Осенний бал. Участниками события стали воспитанники МБДОУ №3, №24, №35, №37 и №38.
11.12.2018
 
7 декабря прошла защита итоговых аттестационных работ слушателей двух потоков программы профессиональной переподготовки «Проектная деятельность в органах государственной власти и органах местного самоуправления»,
10.12.2018
Общение боевых офицеров со школьниками в Старогородковской коррекционной школе-интернате имени А.В. Фурагиной - Новые рубежи Подарки и зрелищные творческие сюрпризы приготовили для ребят представители Благотворительного фонда "Порубежье", которые сегодня стали гостями Старогородковской коррекционной школы-интерната имени А.В.
10.12.2018
 
Учащиеся МОУ гимназии №7 приняли участие в фестивале детского творчества «Капелька неба». - Администрация г. Лыткарино          Учащиеся  МОУ гимназии № 7 и их педагоги Кузина Наталья Константиновна,Лищенко Натаван Алиевна,Сухова Надежда Николаевна  приняли участие в фестивале детского творчества «Капелька неба»,который был организован б
10.12.2018
МГОУ в Проекте «Лучший вуз страны» - МГОУ В России стартовал Проект «Лучший вуз страны», поддерживаемый Департаментом координации деятельности организаций высшего образования Минобрнауки России и «Русской Медиагруппой» («Русское Радио», «ХИТ FM», радио Максимум,
11.12.2018 МГОУ
You are viewing the image with filename img_5389.jpg - Щёлковское Благочиние 10 декабря СОШ №4 г. Щелково прошло торжественное закрытие XVI Московских областных Рождественских образовательных чтений «Молодежь: свобода и ответственность» в Щелковском муниципальном районе.
11.12.2018 Щёлковское Благочиние
Набор в ВУЗ МВД России - Серебряно-Прудский вестник Отдел Министерства внутренних дел России по городскому округу Серебряные Пруды приглашает юношей, учащихся 11 классов в общеобразовательных школах округа, выпускников профтехучилищ, а также молодых людей,
11.12.2018 Серебряно-Прудский вестник
Если ещё три-четыре десятка лет тому назад о роботах мы могли прочитать разве что в книгах продвинутых писателей-фантастов, то сегодня ими уже никого не удивишь.
08.12.2018 Куйбышевец
Подарки и зрелищные творческие сюрпризы приготовили для ребят представители Благотворительного фонда "Порубежье", которые сегодня стали гостями Старогородковской коррекционной школы-интерната имени А.В.
10.12.2018 Новые рубежи
Забытая клятва Гиппократа - Куйбышевец Воскресенским городским судом вынесен приговор по уголовному делу об организации притона для употребления наркотических средств.
11.12.2018 Куйбышевец
Девять аварий, в том числе наезд на пешеходов, зарегистрировали автоинспекторы Луховиц за неделю - Луховицкие вести Луховицкими госавтоинспекторами за период с 3 по 9 декабря зарегистрировано девять аварий, одно из происшествий – наезд на пешеходов, сообщили корреспонденту Луховицкого информагентства в местном отделе ГИБДД.
11.12.2018 Луховицкие вести
Кража мобильного телефона - Химские новости Полицейские УМВД России по г.о. Химки задержали подозреваемую в покушении на кражу мобильного телефона Пресс-служба УМВД России по г.о.
11.12.2018 Химские новости
Полицейские задержали ранее судимого 47-летнего уроженца одной из стран ближнего зарубежья, подозреваемого в совершении серии краж мобильных телефонов, говорится в сообщении пресс-службы ГУ МВД России по Московской области.
10.12.2018 Газета Реут
Фото:, Виктор Серединский Три дома сгорели ночью в городском округе Ступино, сообщил Ступинскому информагентству источник в Ступинском территориальном управлении силами и средствами ГКУ МО «Мособлпожспас».
10.12.2018 Ступинская панорама
Внимание! Пропал человек! ОУР УМВД России по Сергиево-Посадскому району разыскиваются без вести пропавшие Дмитриевская Анастасия Александровна, 07.11.1982 г.р., урож.
10.12.2018 Газета Вперёд
В Красногосрке зажгли главную новогоднюю ель - Красногорский район Парад Дедов Морозов, зажжение огней на новогодней ели у ДК “Подмосковье”, интерактивная программа для детей и праздничный салют - в Красногорске состоялась акция “К нам приходит Новый год”.
09.12.2018 Красногорский район
Рабочая группа по вопросам здравоохранения может появиться при СПЧ Московской области - Правительство Московской области Источник: © , ГУП МО «МОБТИ» Рабочую группу по вопросам здравоохранения могут создать при совете при губернаторе Московской области по развитию гражданского общества и правам человека,
10.12.2018 Правительство Московской области
В Центральной районной библиотеке прошла встреча с учредителем издательского дома «Серебро Слов» Сергеем Антиповым (Москва) и генеральным директором издательства Денисом Минаевым (Коломна).
10.12.2018 Куйбышевец
Пушкинская детская художественная школа, детская школа искусств №1 им. Свиридова в Балашихе и Красногорская хореографическая школа «Вдохновение» (руководитель – Владимир Догудовский,
11.12.2018 Красногорские вести
Вадим Шутов: «Хоккей – это твоя карьера, твоя жизнь, потому и нечего ждать, что кто-то примет решение за тебя» - Куйбышевец Нападающий «Химика» рассказал о своем пути в хоккей, победе сборной России на Универсиаде и особой атмосфере своего дня рождения в нынешнем году — Твоя первая школа – это «Крылья Советов».
11.12.2018 Куйбышевец
Власти Подмосковья продолжат активно работать с жителями - Серебряно-Прудский вестник © Сайт правительства Московской области Губернатор Московской области Андрей Воробьев в ходе совещания с руководящим составом областного правительства в понедельник заявил о том,
11.12.2018 Серебряно-Прудский вестник
С 7 по 9 декабря в Звенигороде прошел международный турнир по гандболу «Zvezda Hаndball Cup – 2018», который завершился победой хозяек – гандбольной команды «Звезда.
10.12.2018 Звенигородские ведомости
Более 6 тыс. человек проголосовали за обустройство велодорожек на портале «Добродел» - Серебряно-Прудский вестник Источник: ©, пресс-служба администрации города Химки Голосование по развитию велоинфраструктуры на 2019-2020 годы в 22 муниципалитетах Подмосковья проходит на  портале «Добродел»  до 14 декабря,
11.12.2018 Серебряно-Прудский вестник
Воробьев обсудил с зампредами итоги XVIII съезда партии «Единая Россия» - Серебряно-Прудский вестник Источник: ©, Антон Чернов Десятого декабря губернатор Московской области Андрей Воробьев провел совещание с руководящим составом областного правительства, сообщает пресс-служба губернатора и правительства Подмосковья.
11.12.2018 Серебряно-Прудский вестник
Как сообщил вице-губернатор Московской области Дмитрий Пестов, в уборке дворов и общественных пространств Подмосковья задействовано свыше 4000 сотрудников ЖКХ и около 1000 единиц спецтехники.
11.12.2018 Павлово-Посадские известия
Луховицкими госавтоинспекторами за период с 3 по 9 декабря зарегистрировано девять аварий, одно из происшествий – наезд на пешеходов, сообщили корреспонденту Луховицкого информагентства в местном отделе ГИБДД.
11.12.2018 Луховицкие вести