Как устроен Российский квантовый центр в Сколково и чем там занимаются?

14 июня 2022

Квантовый центр Сколково считается международным НИИ. В нем разрабатывают технологии будущего, которые основаны на квантовых свойствах материи. Среди исследователей более 150 ученых – российские и мировые специалисты. За время своего существования в центре сформировано 16 научных групп, 7 стартапов, 16 лабораторий. 

Чем занимаются в Российском квантовом центре?

Годом основания РКЦ считается 2010.  Еще при открытии стояла главная цель – заниматься научными разработками, которые в перспективе приведут к новым технологиям.

Результат такой деятельности в:

  1. Безопасных сетях передачи информации.
  2. Изучении и формировании новых материалов.
  3. Субмикронных оптических транзисторов и оптической электронике с высокой частотой.
  4. Новых системах для очень чувствительной томографии головного мозга.
  5. Компактных и точных навигационных часах.

Цели и задачи РКЦ

Цель центра – разрабатывать высокотехнологичные коммерческие продукты на базе квантовых технологий.

Задачи:

  1. Совершать открытия в квантовой области и на их основе открывать новые технологии.
  2. Стремиться к идеальному образу научно-исследовательского учреждения нового современного типа.
  3. Привлекать людей и готовить своих специалистов.
  4. Развивать науку России и помогать интегрировать российское научное сообщество с международным.

Работы ученых попадают в международные журналы, например, Science и Nature.

Чтобы подготовить новых специалистов по квантовой физике, в центре организованы лекции и семинары с известными учеными.

Руководство и научный совет

Руководство и научный совет РКЦ

РКЦ является частной организацией, которой на 47,5% владеет Газпромбанк и на 47% – Центр развития квантовых технологий. Последним руководят генеральный директор центра и директор компании «Акронис».

За координацию научной работы центра отвечает Международный Консультативный Совет. В свою очередь он делится на Консультативный и Научный. В первый входят ведущие мировые ученые с опытом в создании международных центров, схожих с РКЦ. Его главная цель – консультировать Попечительский Совет и Управляющий Комитет по различным вопросам, например, развитию инфраструктуры и зарплат постоянных сотрудников.

В Научный совет входят международные лидеры из сферы исследований. Его главные задачи:

  1. Определять направления исследовательской деятельности.
  2. Предлагать новых членов Попечительскому Совету.
  3. Оценивать научную работу центра.

Еще одним высшим управляющим органом центра является Попечительский Совет, в состав которого входят представители правительства России и крупные деятели мировой экономики. Он отвечает за контроль финансов центра, коммерциализацию идей, привлечение доп. средств, взаимодействие исследователей центра с правительством.

Также есть:

  1. Управляющий директор. Занимается координацией подготовки докладов, назначением комитетов, контролированием финансов и привлечением доп. средств для центра.
  2. Административный директор. Отвечает за ремонт, техобслуживание, строительство, управление персоналом. Также в поле его ответственности находится финансовая сторона работы: бюджет и отчетности.
  3. Исполнительный комитет. Вырабатывает научную концепцию центра, занимается подбором сотрудников, координирует научные мероприятия и консультирует по обустройству офисных помещений и лабораторий.

Исследования

Исследования в квантовом центре

Научная деятельность центра ведется различными группами.

Квантовая оптика

Группа квантовой оптики одна из первых объединила методы дискретных и непрерывных переменных, а после заставила их функционировать в одном аппарате. Такое решение позволило практически в полной мере получить доступ ко всему оптическому гильбертову пространству. Появилась новая область, именуемая гибридной квантовой обработкой данных. Сейчас ее возможности выходят за пределы квантовой оптики и инженерии.

Квантовая оптомеханика

Группа квантовой оптомеханики – самая молодая из прочих в центре. Она разрабатывает новые методы измерений для сверхчувствительных устройств. Например, лазерный детектор гравитационных волн.

Научные интересы группы включают анализ теории возможных исследований с негауссовскими состояниями. Последние изучают с фундаментальной и прикладной сторон.

Квантовая поляритоника

Группа поляритоники появилась в 2014 году. Она активно сотрудничает с консорциумами, которые изучают эту сферу. Поляритоника взаимодействует с квазичастицами, объединяющими свет и вещество в новые моды. Последние сочетают уникальные свойства по типу высокой когерентности и способности эффективно взаимодействовать. Сфера активно развивается – уже известны такие устройства, как транзисторы. Также активно исследуют симуляторы на базе поляритонов.

Направления:

  1. Раби-осцилляции экситонных поляритонов.
  2. Сверхтекучесть и сверхпроводимость поляритонов.
  3. Поляритон-фотонная запутанность.
  4. Двумерная и одномерная физика.

Квантовая спинтроника и низкоразмерные материалы

Квантовая спинтроника и низкоразмерные материалы

Годом основания лаборатории считается 2019. В формировании группы принимали участие РКЦ и МФТИ.

Основная задача – проводить эксперименты и теоретические исследования по направлениям:

  1. Опто- и квантовая спинтроника – использование света для изучения и контроля над спиновыми состояниями.
  2. Источники одиночных фотонов – базовых элементов для систем фотонной связи.
  3. Магнетизм в наноматериалах и гетероструктурах. Включает изучение спин-орбитального взаимодействия.

Квантовые информационные технологии

Группа исследует потенциал квантовых систем в сфере IT. Уже удалось разработать новые протоколы и алгоритмы постобработки для квантовых коммуникационных систем. Также участники продолжают развивать новые подходы к обработке фотонных данных.

Квантовые коммуникации

Группа начала работать в 2015 году. Основная цель – выпустить коммерческое устройства квантовой криптографии.

Направления:

  1. Квантовая оптика.
  2. Теория квантовой информации.
  3. Электроника и разработка ПО.

Итоговый продукт станет высококачественным устройством для защиты информации банков и других компаний.

Квантовые симуляторы и интегрированная фотоника

Квантовые симуляторы и интегрированная фотоника

В лаборатории квантовых симуляторов моделируют свойства твердого вещества. Для процесса применяют ультрахолодные атомы с температурой на миллионную долю градуса выше нуля. В итоге все это приведет к появлению материалов, которые сохраняют сверхпроводимость при комнатном температурном показателе.

Лаборатория фотоники считается самой большой по своей площади среди прочих в центре. В ней функционирует мощнейший в мире импульсный лазер со средним инфракрасным диапазоном. Сегодня здесь занимаются изучением филаментации. Речь идет об образовании в газах особых каналов за счет мощного излучения, которые его концентрируют.

Студенты и аспиранты в весеннее и летнее время могут принять участие в интенсивных образовательных программах. Лучшим из них выдадут финансовую поддержку для стажировок и стипендию для работы в лабораториях.

Когерентная микрооптика и радиофотоника

Группа когерентной микрооптики и радиофотоники начала работать в марте 2014 года и сейчас считается ведущей в мире. В основном сотрудники исследуют оптические микрорезонаторы с модами шепчущей галереи. Речь идет о компактных прозрачных кристаллических дисках и сфероидах, которые захватывают свет и имеют огромную добротность до 10^11. Также группа ищет практическое применение этих эффектов.

Еще одно направление – микрорезонаторы из электрооптических материалов, которые нужны для радиофотонного применения.

Коррелированные квантовые системы

Коррелированные квантовые системы

Группа изучает сверххолодные атомы, нейтронные звезды и фундаментальные модели по типу Хаббарда, Андерсона, Кондо. Лаборатория коррелированных систем сосредоточена на описании эффектов декогеренции в структурах кубитов и управлении их свойствами, задачами квантового МО. Она сотрудничает со многими исследователями из известных университетов, например, Гарвардского, Сколтеха и других.

С помощью созданного группой метода Монте-Карло можно точно вычислить динамику моделирования на большом интервале времени. Специалисты первыми провели исследование критических свойств динамических фазовых переходов в открытых бозонных системах.

Магнитоплазмоника и сверхбыстрый магнетизм

Лаборатория появилась в июле 2013 года и сейчас считается ведущей в сфере магнитоплазмоники. Главное направление работы – изучение активной плазмоники, оптического управления спином и генерации магнонов.

Передовая фотоника

Группа передовой фотоники разрабатывает решения в сфере сверхбыстрой оптики. Главная цель – превратить объемный и нереализованный потенциал последней в мощные и компактные устройства. Речь идет об уникальных лазерных источниках, оптоволоконных нейроинтерфейсах, волоконных датчиках и источниках состояниях света. В перспективе эти приборы смогут расширить границы технологий.

Прецизионные квантовые измерения

Группа прецизионных измерений была основана в 2015 году. Сейчас она считается ведущей командой на территории России в сфере охлаждения и захвата ионов, оптических часов на нейтральных атомах.

Команда разрабатывает ультрастабильные лазеры, а с 2017 года – транспортабельные часы на одиночном ионе Yb+. Около 22 работ уже опубликовано в журналах «Science», «Optics Express» и «PRA».

Основные направления работы:

  1. Оптические часы.
  2. Сверхстабильные лазеры.
  3. Ионы и атомы в квантовом режиме.
  4. Спектроскопия атома водорода.
  5. Гравитация антиматерии.

Сверхпроводниковые кубиты и квантовые схемы

Сверхпроводниковые кубиты и квантовые схемы

Исследования группы сверхпроводниковых квантовых цепей преследуют цель масштабировать архитектуру квантовых процессоров, конструировать квантовые симуляторы и создать фотонные метаматериалы. Благодаря обработке квантовых данных удастся получить беспрецедентную вычислительную мощность и моделирование сложных систем.

Теория многих тел

Сфера научных интересов группы теории многих тел охватывает обнаружение новых топологических состояний тел и анализ обработки защищенных данных в этих состояниях. Также научное сообщество изучает новые квантовые жидкости и неупорядоченные системы с нетипичными транспортными свойствами.

Уязвимости квантовых систем

Лаборатория проверяет практическую безопасность квантовых систем связи, находит и демонстрирует новые лазейки, а также помогает разрабатывать и тестировать меры противодействия.

Направления исследований:

  1. Анализ безопасности сетей.
  2. Разработка сертификационных стандартов.

Компетенция «Квантовые технологии» на WorldSkills

Компетенция «Квантовые технологии» на WorldSkills

Компетенция считается важной частью знаний, так как отвечает за решение вопросов, связанных с инфобезопасностью, высокоскоростной обработкой информации и другое. Профтехнолог должен знать не только фундаментальную базу, но и понимать принципы работы действующих технологий.

Особенности компетенции:

  1. В 2017 появилась в центре.
  2. В 2019 попала на чемпионат мира (за все время проведено 24 чемпионата, 4 из них международного уровня).
  3. На базе ТГУ и Московского колледжа №54 образован центр компетенций, в котором подготавливают специалистов по беспроводной связи и интернету вещей.

Модуль А

Монтаж ВОЛС:

  1. Время – 2 часа.
  2. Цель – изготовление волоконно-оптической линии связи, которая будет пригодна для криптографического протокола.
  3. Продукт – волоконно-оптическая линия (30 км) с опторазъемами на концах.
  4. Оборудование: элемент для сварки оптоволокна, его скалыватель, стриппер, опторефлектометр, термоусаживаемая трубка с припоем, спирт, салфетки, микроскоп, ПК, источник оптоизлучения на длине волны, ваттметр. 
  5. Средства безопасности: защитные очки, перчатки из латекса (можно снять при заполнении отчета и работе с ПК).

Модуль B

Организовать работу оптической передающей системы:

  1. Время5 часов.
  2. Цель – сбор двухпроходной автокомпенсационной схемы Plug&Play на оптической платформе.
  3. Конечный продукт – устройство «Боба» и «Алисы» с оптосхемами для де- и кодирования инфобитов в состояния одиночных фотонов.
  4. Оборудование: оптоаттенюатор с возможностью перестройки, лазер, фазовый модулятор, пассивные оптокомпоненты.

Модуль C

Калибровка оптоволоконной квантовой линии

Калибровка оптоволоконной квантовой линии и передача ключа:

  1. Время – 5 часов.
  2. Цель – запустить систему распределения ключа, которая позволит происходить обмену тайных данных по открытому каналу. Дополнительно – первично обработать ключи.
  3. Конечный продукт: секретный ключ шифрования.
  4. Оборудование: ключи, канал из модуля А, оптическая схема из модуля В, секундомер, ПК с предустановленным ПО. 

Модуль D

Исследование тонкостей ОФД:

  1. Определение мертвого времени детектора.
  2. Определение квантовой эффективности.
  3. Определение темнового тока.
  4. Демонстрация функционирования и показ результата.

Модуль E

Вычисления с помощью квантового компьютера:

  1. Время на работу – 5 часов.
  2. Цель – реализовать алгоритмы для поиска в неотсортированной базе данных на основе поискового алгоритма. Дополнительно – реализовать фотонные программы и запустить на процессорах IBM. 
  3. Продукт: поисковая система объекта в неотсортированной базе данных на ПК.
  4. Оборудование: ПК с установленным ПО и доступом в интернет.

Примечание: каждый, кто участвует в конкурсе, должен реализовать алгоритмы на IBM Q Expirience. Данный блок задания – секретный.

Модуль F

Презентация результатов настройки и поиск неисправности:

  1. Время – 1 час.
  2. Цель – наглядно показать, как настраивали криптографический протокол.
  3. Итоговый продукт: отчет, в котором описано, как настраивали и собирали систему. 

Образовательная деятельность в РКЦ

Одним из важных направлений работы РКЦ является образовательная деятельность. Для каждого студента доступны:

  • выбор перспективной темы НИР;
  • решение актуальных задач с опытным руководителем;
  • работа на современном оборудовании;
  • участие в конференциях;
  • взаимодействие с научным коллективом международного уровня.

РКЦ и МФТИ

Кафедра центра под руководством Г. Шляпникова создавалась на базе Физтех-школы физики и исследований им. Ландау. Студенты смогут стать бакалаврами, магистрами (обучение на английском), аспирантами.

РКЦ и МИСиС

РКЦ и МИСиС

НИТУ «МИСиС» совместно с РКЦ набирают студентов в магистратуру по направлению «Квантовых технологий материалов и устройств». Что ждет студентов:

  1. Обучение конструированию устройств для криптографии.
  2. Применение методов физики для возможности моделировать и рассчитывать свойства материалов.
  3. Исследование электронных процессов в сверх- и полупроводниках. Разработка решений для космоприложений.

Также актуален набор студентов в аспирантуру на 4 очных года по направлению «Физика и астрономия»

Продукты

Специалисты центра работают над разными проектами. Результатами работы выступают конкретные продукты и объекты интеллектуальной собственности.

Квантовые коммуникации

QRate занимается разработкой и поставкой комплексных аппаратно-программных обеспечений инфобезопасности.

Под угрозой может оказаться различная информация:

  • персональная;
  • корпоративная;
  • биометрическая;
  • военная тайна;
  • финансовая.

Благодаря фундаментальным свойствам элементарных частиц и оптоволоконным линиям для передачи ключей, QRate на физическом уровне исключает перехват данных. Такое решение можно установить как на спутник, так и на беспилотное транспортное средство.

Детектор одиночных фотонов

Детектор одиночных фотонов

Российские ученые работают над первым отечественным детектором одиночных фотонов, чтобы использовать его в линии квантовой связи. Устройство даст возможность в несколько раз увеличить качество и устойчивость связи, а также значительно уменьшить размеры оборудования для квантовой передачи данных.

Твердотельный фотоумножитель

DEPHAN является разработчиком фотоумножителей нового поколения. Они стали основной составляющей для многих приложений и рынков. Применимы в:

  • лидарной автопромышленности;
  • медоборудовании;
  • спектрофотометрии;
  • оптической связи.

Технология полностью оправдала ожидания разработчиков LIDAR следующего поколения. Образцы испытывают в некоторых международных организациях, и они уже получили положительный отклик.

Фемтосекундный лазер с диодной накачкой

ФемтоВижн – спин-офф квантового центра Сколково, разработала и запатентовала мульти-диодные лазерные модули с высокой мощностью и яркостью. Это решение позволило запустить фемтосекундный лазер с мультидиодной накачкой на титане в сапфире.

Преимущества продукта:

  • компактность, мобильность;
  • снижение энергопотребления;
  • доступность с точки зрения экономии;
  • простота в использовании.

Может быть применен в:

  • биомедицине;
  • метрологии;
  • сверхточной микрообработке;
  • технологиях.
Бесплатная консультация по оформлению заявки в Сколково
  • Ответим на все интересующие вас вопросы по теме Сколково
  • Сделаем анализ ваших материалов и дадим рекомендации по улучшению
lead-img
ООО «Передовые решения» +7 (499) 647-40-29 info@skolkovo-resident.ru
Россия 115191 Москва Малая Тульская 25

Заказать звонок

Нажимая кнопку «Оставить заявку», вы даете свое согласие на обработку персональных данных.

Записаться на вебинар

Нажимая кнопку «Оставить заявку», вы даете свое согласие на обработку персональных данных.

Ваша заявка отправлена, наш менеджер свяжется с вами.