Мы работаем над созданием квантовой схемотехники и квантовых сенсоров

Сергей Павлович является модератором Секции №11 на Научной конференции российского форума «Микроэлектроника 2021», выступает с докладом о технологии квантовых сенсоров.

Программа докладов секции №11 доступна на сайте форума «Микроэлектроника 2021».

Сергей Павлович, давайте начнем с обсуждения положения дел в вашей предметной области. В 2019 году подразделение Google AI Quantum объявило о выполнении некоторых квантовых вычислений, а IBM выступила с прогнозом, что квантовый компьютер (правда не универсальный, а для специальных задач) будет создан до 2023 года. Прокомментируйте, пожалуйста, для наших читателей последние достижения в технологиях квантовых вычислений и насколько человечество далеко от первого экземпляра квантового компьютера?

СК. Квантовые вычислительные устройства, действительно, были созданы за последние несколько лет. При этом отметим, что хотя так называемое «квантовое превосходство» было продемонстрировано, те задачи, которые решали эти устройства, вряд ли можно назвать полезными для общества. Скорее, эти демонстрации были направлены на рекламу возможностей тех технологий, которые человечество освоило за последнее десятилетие.

Сегодня несколько десятков научных лабораторий в мире работает над созданием квантового компьютера. При этом в основе этих разработок лежат около десяти физических платформ, из которых выделим четыре: вычисления на основе сверхпроводниковых схем, на основе ионов и нейтральных атомах в ловушках, а также линейно-оптические вычисления, которые опираются на технологии фотонных чипов.

Как нам представляется, на Форуме «Микроэлектроника 2021» вы именно тот человек, который может компетентно ответить на громкий призыв Алексея Кудрина — «А давайте изобретем в России что-нибудь такое, чтобы к нам за этим продуктом или технологией выстроился весь мир». Обрисуйте, пожалуйста, общую картину докладов в вашей секции и выделите концептуальные доклады, которые устремлены в будущее.

СК. Секция, главным образом, посвящена проблемам разработки и создания высокочувствительных квантовых сенсоров. Будут рассматриваться различные виды таких сенсоров — датчиков электрических и магнитных полей, магнетометров, гравиметров и прецизионных стандартов частоты и времени на основе квантовых эффектов.

Отдельный вопрос, на котором мы сфокусируем внимание, будет разработка счетчиков одиночных фотонов в ближнем ИК-диапазоне на основе полупроводниковых гетероструктур. В России имеется достаточный задел по созданию таких устройств, и мы надеемся, что наша секция позволит не только рассмотреть различные научные аспекты создания таких сенсоров, но и привлечь внимание государственных и частных структур, финансирующих эти разработки.

Для создания компонентов будущего квантового компьютера требуется новейшая экспериментальная база, приборы и установки, на которых можно проводить эксперименты, проверять гипотезы и отрабатывать элементы технологии. Как с этим обстоят дела в России, могут ли российские компании помочь здесь своей продукцией?

СК. Мы очень надеемся на имеющийся технологический потенциал государственной корпорации Ростех. Здесь имеются необходимые технологии, такие как установки эпитаксиального роста, электронной литографии, прецизионного позиционирования и другие.

Вместе с тем, крайне важны ресурсы, которыми обладают наши академические институты и ведущие ВУЗы — именно там, были выполнены те разработки, которые мы будем обсуждать и которые необходимо будет довести до стадии промышленного производства.

В России традиционно имеется обширный задел по фундаментальным исследованиям в области квантовых технологий и, в частности, по квантовым сенсорам. Основная проблема состоит в доведении этих разработок до конкретных продуктов, востребованных в медицине, навигации, транспорте, геологоразведке и других сферах экономики.

Для исследований в области компонентов для квантового компьютера часто требуются совершенно эксклюзивные материалы, такие как редкие изотопы, волноводы, сверхпроводящие кабели и т.д. Расскажите, пожалуйста, насколько хорошо в вашей тематике развита внутрироссийская и международная кооперация, обмен идеями и даже материалами.

СК. С этим, конечно, далеко не все просто. Мы в полной мере пожинаем плоды политики «лихих 90-ых». Сейчас вопросы импортозамещения встают на первый план, и мы надеемся, что в какой-то мере, развитие квантовых технологий в России решит эту проблему.

Сейчас определенные элементы мы можем делать сами, — скажем, у нас прекрасно развита технология создания фотонных чипов, налажена процедура измерения сверхпроводниковых кубитов, построены микродипольные ловушки для удержания десятков нейтральных атомов, линейные ловушки Пауля для работы с ионами и многое другое.

Мы, как обычно в последнее время, интенсивно догоняем ушедшие далеко вперед зарубежные группы. В этом смысле, нам есть к чему стремиться. Однако не надо забывать, что любые экспериментальные исследования интенсивно стимулируют новые идеи — на копировании результатов ушедших вперед групп далеко не уедешь. И во всяком случае, не вырвешься вперед.

Здесь надо заниматься развитием инфраструктуры отрасли, готовить квалифицированные кадры и, поверьте, в этих направлениях сделано уже немало. Очень хочется надеяться, что при правильной организации дела мы сможем сократить имеющийся разрыв, а в чем-то, за счет собственных идей — даже выйти вперед.

Конечно, мы планируем использовать имеющиеся научные контакты с нашими зарубежными партнерами. Со многими из них нас связывают и долгие годы совместной работы, и совместные публикации и, главное, стремление обогатить собственный опыт полезными знаниями и навыками.

Может быть, по некоторым темам вашей секции уже есть история докладов c прошлых конференций и можно проследить за прогрессом в этих проектах? А также — есть ли темы, которые бы вы хотели увидеть у себя на секции в будущем году?

СК. В прошлом году мы ограничились короткой секцией, где был представлен обзорный доклад по всей отрасли и несколько тематических выступлений по квантовым вычислениям, квантовой коммуникации и квантовым алгоритмам. Наверное, мы будем придерживаться стратегии специализированных секций по субтехнологиям, когда плотно обсуждается какая-то одна или две тематики.

Вместе с тем, наверное, имеет смысл заслушивать и интересные доклады по прорывным результатам, если такие будут. Здесь большая роль отводится Оргкомитету секции, который должен отслеживать основные результаты и тенденции развития отрасли. Мы очень рассчитываем на квалификацию членов Оргкомитета, при необходимости будем обновлять состав, и думаю, таким образом поддерживать на высоком уровне работу секции квантовых технологий.

Очень важно, что мы активно используем не только научные результаты участников секции, но и административный и организационный опыт участников Форума, которых мы привлекаем на наши заседания. Не секрет, что в работе Форума принимают участие руководители крупных технологических предприятий и целых отраслей, государственные деятели, которые, несомненно могут помочь в скорейшем доведении передовых научных разработок в области квантовых технологий до уровня высокой технологической готовности.