Использование (проведение совместных исследований) конфокального микроскопа в исследовании вопросов: квантовой физики, биотехнологии, материаловедения, нанотехнологии, минералогии

Свидетельство об утверждении типа средств измерений
RU.c.27.004.A № 39742.

Назначение

В рамках научных проектов Института и научно-исследовательских работ в январе 2014 года создана уникальная по европейским меркам лаборатория квантовых информационных технологий и лазерной физики для исследования квантовых информационных технологий на уровне современных мировых стандартов. В России это одна из четырех лабораторий, которые работают в этом направлении. Возможности лаборатории позволят выйти на принципиально новые технологии обработки и передачи информации на основе квантово-механических эффектов.

Направления исследований лаборатории – квантовые коммуникации на твердотельных системах.

Практические задачи исследований:

  • реализация протоколов квантового распределения ключей (ВВ84,В92,Е91);
  • реализация квантовой «телепортации» произвольного состояния фотона;
  • реализация квантовой «телепортации» произвольного состояния NV-центра;
  • разработка технологий повышения времени декогеренции квантового состояния NV-центра;
  • разработка квантового повторителя для систем квантовой связи;
  • проведение исследований в области оптических физически неклонируемых функций;
  • разработка системы идентификации объектов на основе оптических образов.

Технологии квантовых коммуникаций основаны на использовании в качестве носителей информации состояний квантово-механических объектов.

Передача информации осуществляется посредством телепортации квантового состояния между двумя предварительно запутанными удаленными друг от друга квантовыми регистрами. Эти объекты фактически представляют собой единую систему, в которой воздействие на состояние одного из них мгновенно сказывается на втором. Таким образом, телепортация квантового состояния происходит фактически без среды распространения сигнала, что позволяет обеспечить полную защиту передаваемой информации от перехвата или искажения. Для запутывания удаленных квантовых регистров требуется канал для передачи одиночных фотонов. Для измерения состояния квантового регистра на приемной стороне требуется канал классической связи для передачи информации о корректном измерительном базисе.

  • Благодаря относительно высокому времени жизни квантовые регистры памяти на основе NV-центров позволят развернуть квантовую сеть, обеспечивающую полную конфиденциальность передаваемой классической информации, а также возможность обмена квантовой информацией между перспективными квантовыми  вычислителями.
  • Лазер может многократно возбуждать электроны в NV-центре, которые каждый раз, возвращаясь в свое невозбужденное состояние, испускают ровно один фотон. Таким образом, NV-центр является стабильным источником единичных фотонов и может быть использовании для создания устойчивых к любым атакам квантовых криптографических систем.
  • Квантовые состояния NV-центров в алмазе могут сохраняться в течение достаточно продолжительного времени даже при комнатной температуре.

Технические характеристики

  • Разрешение конфокального микроскопа до 20 нм.
  • Лазер со спектральным перестраиваемым диапазоном 450-650 нм, выходной мощностью 20 мВт, шириной спектральной линии 1 МГц, линейной поляризацией луча.
  • ОДМР на частотах от 9 кГц до 3 ГГц.
  • Чистое помещение класса 7по ГОСТ ИСО 14644, покрытие пола по требованиям классов 3 ИСО — 9 ИСО. Автономная система вентиляции и кондиционирования воздуха.
Кукин Николай Сергеевич

Кукин Николай Сергеевич
Руководитель направления квантовых информационных технологий и лазерной физики, кандидат технических наук

г.Серпухов, Б. Ударный пер., д. 1а

8 (4967) 35-31-93 (доб. 305).

NV-центры занимают одно из центральных мест в так называемых дорожных картах Европы и России в области развития квантовых информационных технологий. К основным из них можно отнести следующие направления:

  • квантовое распределение ключей;
  • квантовые сети;
  • квантовая память и интерфейсы;
  • квантовые генераторы случайных чисел;
  • различные источники фотонов;
  • широкий спектр квантовых детекторов;
  • криптография и многое другое.

Свойства NV-центров

  • Электроны NV-центра несут состояние – проекцию спина, которое легко можно инициализировать и считывать с помощью света оптического диапазона и изменять с помощью микроволнового излучения даже при комнатной температуре. Для работы с проекциями спинов других твердотельных систем требуется их охлаждение с помощью жидкого гелия или даже с помощью более сложного технологически растворения гелия 3 и гелия 4.
  • Проекции спинов NV-центров в алмазе устойчивы к возмущениям окружающей среды. Тогда как квантовые состояния имеют тенденцию нарушаться под воздействием тепловых возбуждений, и появление почти всех квантовых эффектов в твердом теле требуют чрезвычайно низких температур, что затрудняет их изучение и, тем более, усложняет их внедрение в практическую технологию.