Лазерный мир

В Российской академии состоялось заседание Научного совета при президиуме РАН «Квантовые технологии» по теме «Квантовые сенсоры — 2». Заседание прошло в смешанном формате – очно и онлайн. Провел заседание председатель Научного совета, академик-секретарь Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН, академик РАН Г.Я. Красников.

В заседании приняло участие 34 члена Бюро Совета и членов Совета, а также 96 приглашенных ученых и специалистов – всего из 82 организаций и их подразделений. В обсуждении повестки дня участвовал 21 человек.

Во вступительном слове при открытии заседания Председатель Совета, академик РАН Г.Я.Красников пригласил к завершению рассмотрения выполняемых работ в области квантовых сенсоров, начатых на предыдущем заседании Совета. С момента создания Совета 2 июня 2020 г. ученые и специалисты провели шесть заседаний Научного совета, обсудили широкий спектр вопросов в направлениях квантовых коммуникаций, вычислений и сенсоров. Результаты проведенных работ будут представлены 18 мая на заседании Президиума РАН по вопросу «Современное состояние и перспективы развития квантовых технологий в Российской Федерации».

В международной лаборатории «Лазерные системы» Университета ИТМО, созданной в 2014 г., ведутся исследования оптических частотных гребенок на основе интегральных оптических элементов, лазеров на основе квантовых ям, квантовых каскадов, квантовых штрихов, полупроводниковых квантовых точек, лазеров динамического класса А. Оптические частотные гребенки формируют набор равноудаленных частот, связанных между собой определенным фазовым соотношением, а во временной области – детерминированную последовательность электрических импульсов. Стабилизированный по энергетическим переходам оптического диапазона лазер позволяет с их помощью сгенерировать высокостабильный радиочастотный сигнал. В результате такие гребенки находят применение в метрологии, стандартах частоты и датчиках космического базирования (astrocomb), телекоммуникациях, системах спектрального уплотнения каналов передачи данных, лидарах и радиолокации, в системах навигации и точного времени, в оптической обработке данных и квантовой оптике.

В лаборатории Атомной Радиоспектроскопии ФТИ им. А.Ф. Иоффе при участии Центра биоэлектрических интерфейсов института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ и Института физики, нанотехнологий и телекоммуникаций СПбПУ успешно решается проблема создания оптического квантового сенсора для систем магнитоэнцефалографии (МЭГ) и магниторезонансной томографии сверхслабого поля (МРТ ССП). Разработаны физические принципы датчиков на щелочных атомах с оптической накачкой, которые способны функционировать в ненулевых (в том числе в земных) магнитных полях, и, в отличие от разработанных в США оптических датчиков нулевого поля SERF, не требуют использования магнитоизолирующей комнаты (измерения МЭГ могут проводиться в магнитном экране).

В результате проводимого в настоящее время эксперимента с холодными атомами в условиях микрогравитации на Международной космической станции (МКС) получена конденсация Бозе-Эйнштейна, ближайшая перспектива использования – квантовые гравиметры для исследования гравитации спутников различных планет, астероидов. В лаборатории лазерного охлаждения и ультрахолодной плазмы ОИВТ РАН с 2016 г. разрабатывается прибор для регистрации микроволнового излучения. Он находится в стадии разработки ТЗ и планируется к размещению в усовершенствованном многофункциональном лабораторном модуле «Наука», запуск и подключение к российскому сегменту МКС которого намечен на конец 2021 г. В детекторе на основе холодных атомов рубидия используется магнитно-оптическая ловушка, микроволновый резонатор, приемник микроволнового излучения и три источника лазерного излучения.

Центр квантовых технологий МГУ в кооперации с Химическим факультетом МГУ, НИИЯФ МГУ, ФТИАН им. К.А. Валиева РАН ведет разработку локального сенсора химических событий на основе квантовой резервуарной сети – планарного устройства, расположенного на поверхности твердотельной матрицы и детектирующее единичные химические события, происходящие вблизи его центра чувствительности.

Предложена реализация сенсора: квазидвумерный слой с примесными атомами и с золотой точкой в качестве места локализации. Предлагается сделать векторный (вместо скалярного) отклик и оценивать парные вольт-амперные характеристики на всех электродах для определения рабочей точки и сигнальных характеристик. Такая резервуарная сеть может применяться для детектирования локальных химических событий, реакции на основе переноса электрона, а также синтеза олигонуклеотидных цепей. На текущий момент отработана технология создания одноатомной резервуарной сети на основе примесны центров мышьяка в кремнии; получены первые результаты в работе с глубокими допанатами Au, K, и начата работа с широкозонными матрицами (азот в SiC). Планируется проведение ОКР совместно с ФТИАН им. К.А. Валиева РАН и АО «НЗПП с ОКБ».

В ИФП СО РАН с 2017 г. реализуется подход, заключающийся в использовании поверхностных плазмонов – связанных колебаний электромагнитного поля и электронов проводимости. Поверхностные плазмоны могут быть локализованы в пространстве либо распространяться вдоль границы раздела металл-диэлектрик в виде плазмон-поляритонных волн. Фотодетекторы на основе гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge совместимы с кремниевой технологией, но обладают малым коэффициентом поглощения света и низкой квантовой эффективностью фотопреобразования. Предложено плазмонное усиление фототока металлическими нанодисками в фотодетекторах ближнего ИК-диапазона. В ходе моделирования структуры выявлены волноводные моды вдоль поверхности, в частности – между SiO2 и поверхностью.

В лаборатории лазерной спектроскопии ИСАН развивается метод детектирования ультранизких концентраций веществ с использованием ультра-ярких, фотостабильных и биосовместимых флуоресцентных меток. Важные свойства таких структур – детектирование простыми камерами с приборами с зарядовой связью (ПЗС) и значительная фотостабильность. Использование таких флуоресцентных меток на практике – мечение биомолекул с использованием антител. Применяется подсчет единичных биомолекул: по количеству вирусных частиц или тропонина в пробе крове и ее известном объеме определяется концентрация. Совместно с ИБХ РАН реализован подход детектирования ультранизких концентраций молекул тропонина, применяемый для ранней диагностики сердечной недостаточности. Этот же подход успешно продемонстрирован на примере детектирования коронавирусной инфекции SARS-CoV-2 в слюне человека.

Во ФГУП «ВНИИФТРИ» в течение 5-6 лет ведутся работы по квантовому нивелиру, основанном на высокостабильных перебазируемых квантовых стандартах частоты и времени (КСЧВ). Путем использования релятивистских эффектов гравитационного смещения частоты и гравитационного расхождения времени определена формула для мобильного стандарта. К влияющим величинам относятся: гравитационный потенциал Земли в точке размещения, центробежный потенциал в точке размещения, неравномерность вращения Земли, изменение потенциала на орбите за счет зональных гармоник, приливное изменение потенциала на орбите навигационных космических аппаратов, солнечное давление и приливное изменение потенциала на Земле.

Во второй части ак. А.А. Горбацевич доложил о формате проведения заседания Президиума РАН 18 мая 2021 г. по вопросу «Современное состояние и перспективы развития квантовых технологий в Российской Федерации» и привел краткую сводную информацию об их состоянии и перспективах развития.

В заключительном слове Председатель Совета, академик РАН Г.Я. Красников поблагодарил авторов за высокий научный уровень докладов, призвал членов Бюро Совета и членов Совета к своевременному предоставлению предложений для подготовки к заседанию Президиума.

18 мая 2021 г., в рамках заседания Президиума РАН, запланирован доклад председателя Научного совета РАН «Квантовые технологии», академика-секретаря ОНИТ РАН, академика РАН Г.Я. Красникова; намечены направления для содокладов: квантовая метрология, квантовые вычисления, квантовая передача данных, квантовые сенсоры, квантовые технологии на спинах (спинтроника), методы коррекции ошибок в квантовых вычислениях, квантовые симуляторы, квантовые материалы; намечены выступления представителей: Госкорпорации «Росатом», ОАО «РЖД», Госкорпорации «Ростех», Минобрнауки России. Планируется пригласить представителей: ФПИ, Минобрнауки России, Минпромторга России, Минцифры России, аппарата А.Р. Белоусова, Госкорпорации «Росатом», ОАО «РЖД», Госкорпорации «Ростех», РНФ, ФСБ России, НТС ВПК. Будет выдвинуто совместное предложение РАН и Минобрнауки России в адрес Правительства Российской Федерации по формированию отдельного раздела финансирования фундаментальных исследований в области развития квантовых технологий.

Источник: https://zelao.mos.ru/presscenter/news/detail/9943001.html