Центр компетенций НТИ по направлению «Квантовые технологии»

Центр компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Квантовые технологии» на базе физического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

В центре ведутся исследования по всем направлениям «сквозной» квантовой технологии - квантовые вычисления, квантовая коммуникация и квантовые сенсоры. В частности, это исследования в области волоконной и атмосферной квантовой криптографии, физики холодных атомов, квантовой оптики, нанофотоники и нелинейной оптики, а также криоэлектроники.

Большое внимание при работе центра уделяется образовательным программам для слушателей самого разного уровня.

Сотрудники центра вовлечены в крупные проекты по разработке систем квантовой криптографии, адаптированных к реальным волоконным линиям связи; систем оптической квантовой коммуникации по открытому пространству; разработке оптических квантовых вычислительных систем.

Цели и задачи

Реализация программы Центра квантовых технологий имеет следующие стратегические цели:

В научно-техническом направлении:

Преодоление технологических разрывов в области квантовых технологий между научными разработками в области среднемасштабных квантовых компьютеров и созданием соответствующей элементной базы, а также между многочисленными разработками систем квантового распределения ключей (квантовой криптографии) и сертифицированной шифраппаратурой различных классов.

В коммерческом направлении:

Вывод на глобальный рынок двух типов продуктов:

Квантовые телефоны и высокоскоростные квантовые шифраторы для использования в магистральных оптоволоконных линиях связи государственными и коммерческими структурами. Высокоскоростные шифраторы позволят защитить каналы с большими объёмами трафика, шифрование которого другими способами невозможно или затруднительно. Квантовые телефоны позволят реализовать защищенный документооборот между объектами инфраструктуры крупных компаний, банков и госучреждений.
Среднемасштабные квантовые компьютеры на основе нейтральных атомов и фотонных чипов с возможностью удаленного сетевого доступа для решения тестовых задач, базирующихся на квантовых алгоритмах. Такие устройства позволят конечным пользователям самостоятельно разрабатывать и тестировать квантовые алгоритмы для прикладных задач (приоритетный проект).

В образовательном направлении:

Разработка и релизация программ магистратуры и ДПО в области прикладных квантовых технологий с целью сокращения дефицита специалистов нового профиля – квантовых инженеров
Запуск и продвижение (прежде всего среди членов Консорциума) практикума по квантовым технологиям. Практикум дает возможность «пощупать руками» фундаментальные квантовые эффекты и дает навыки практического использования линейки продуктов квантовых технологий. К установкам практикума организован онлайн-доступ.

Результаты деятельности

Преодоление технологических барьеров

В 2020 году выпущен предсерийный образец детектора одиночных фотонов на основе планарных лавинных фотодиодов на гетероструктурах InGaAs/InP для систем однофотонной квантовой связи. Разработка велась при активном взаимодействии с технологической группой из ИФП СО РАН с 2015 г., задействуя потенциал сотрудников физического факультета МГУ, а также инфраструктуру (имеющуюся аппаратуру КРК) и технологические возможности разработчиков ИФП СО РАН. Ключевая особенность данного устройства – возможность работы при температуре порядка -50…-20˚C. Это позволяет использовать данный детектор в компактных приемных устройствах, в отличие от сверхпроводящих детекторов, которые требуют криогенной температуры для охлаждения, а потому имеют ограниченные возможности применения и не подходят для использования в системах связи. Разработка детектора направлена на решение задачи импортонезависимости оборудования, используемого в системах квантовой связи и иных решениях, где требуются подобного рода детекторы. Проект реализуется совместно с Институтом физики полупроводников имени А.В. Ржанова. Планируется передача технологии производственной организации с достаточной технологической базой для выпуска малых серий ОЛФД. В настоящий момент такими организациями представляются Концерн “Автоматика”, входящий в Консорциум ЦКТ, а также ОКБ «Планета» - в рамках текущего ОКР, заказчиком которого выступает ОАО РЖД. Кроме того, индустриальными партнерами ЦКТ готовы выступить ГК Ростех и группа компаний «Элемент».
В рамках проекта «Квантовый телефон ViPNet» Центр в партнерстве с АО «ИнфоТеКС» и АО «ЮЛ-ком Медиа» в декабре 2021 года запустили в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова Университетскую квантовую сеть (УКС). Всего в рамках программы квантово-защищенная сеть протяженностью более 50 км соединяет 20 абонентских пунктов на территории МГУ и в компании «ИнфоТеКС».
Сеть выполняет коммуникационную функцию, обеспечивая точки, на которых установлены конечные устройства, квантово-защищенной системой обмена файлами и голосовыми сообщениями. Кроме того, она используется для тестирования оборудования и обучения специалистов в области квантовых коммуникаций. Так как данная сеть позиционируется как открытая, использовать ее возможности в тестировании оборудования и подготовке кадров смогут все желающие. УКС является прототипом так называемой Межуниверситетской квантовой сети (МУКС).
В 2022 году Регулятором выдан сертификат соответствия временным требованиям к квантовым криптографическим системам выработки и распределения ключей для средств криптографической защиты информации (СКЗИ), не содержащей сведений, составляющих государственную тайну, на использование ViPNet Quandor и ViPNet QSS. Данное оборудование было разработано Центром квантовых технологий совместно с АО «ИнфоТеКС» в рамках реализации Программы Центра компетенций МГУ НТИ и составляет основу УКС. Так как ранее в рамках действующего законодательства процедура сертификации оборудования с модулем квантового распределения ключей в России не проводилась, порядок получения сертификата стал прецедентом для всей отрасли и позволил вывести на рынок принципиально новый класс продуктов. Оборудование университетской квантовой сети и, входящий в его состав, квантовый генератор случайных чисел легли в основу первого в Российской Федерации сертифицированного решения в технологии квантовой коммуникации. Уровень проведенных специальных исследований является крайне высоким и не имеет аналогов в мире. Впервые - на базе университета - развернута сертифицированная, в соответствии с действующим законодательством государства, защищенная квантовыми ключами сеть обмена данных. Сразу же после получения сертификата в конце 2022г. компания «ИнфоТеКС» начала коммерческий выпуск продуктовой линейки ViPNet Quandor - ViPNet QSS на заводе в г.Томск.

Значимые результаты научно-исследовательской деятельности

В 2019 году разработана технология создания многоканальных перепрограммируемых оптических преобразователей (интерферометров). Ученые предложили новый метод размещения компонентов оптических интерферометров, благодаря чему эти устройства становятся нечувствительными к ошибкам. Предложенный метод позволяет расширить спектр технологий, применяемых при изготовлении устройств, что может способствовать появлению интерферометров с большим количеством каналов для использования в области квантовых технологий. Также данное решение может быть использовано в области классической оптической обработки информации, в особенности в оптических нейронных сетях. В настоящее время соответствующие методы и устройства запатентованы; они используются в собственных решениях Центра квантовых технологий, в частности, в многокубитном квантовом симуляторе, а также в разрабатываемых классических оптических ускорителях.
В 2020 году разработана технология создания программируемых интегрально-оптических чипов. Чип производится методом электронной литографии в слое нитрида кремния. Отработана технология создания одномодовых оптических волноводов с удельными потерями <1 дБ/см и потерями на сопряжения <7 дБ при вертикальном вводе и <4 дБ при торцевом вводе. В настоящий момент ученые работают над оптимизацией геометрии составляющих элементов, чтобы минимизировать потери оптического сигнала при распространении по чипу, и готовят программные средства для управления и настройки реконфигурируемых устройств и реализации квантовых алгоритмов с помощью таких устройств. Проект реализуется совместно с НОЦ ФМН МГТУ им. Н.Э. Баумана.
В 2021 году в рамках проекта «Многокубитный квантовый симулятор» была запущена облачная платформа - еще один значимый результат деятельности ЦКТ. Платформа позволяет запускать и тестировать практически любые квантовые и гибридные квантово-классические алгоритмы, предназначенные для работы с квантовыми вычислителями. Физической основой решения являются две платформы квантовых вычислений, разрабатываемые в Центре квантовых технологий - квантовый процессор на нейтральных атомах в оптических ловушках и линейно-оптический квантовый вычислитель. Для получения доступа необходимо зарегистрироваться на сайте rcp.qotlabs.org. После одобрения пользователю станут доступны вычислительные ресурсы и API для связи с квантовым вычислительным устройством или его классическим симулятором. Для дальнейшего продвижения проекта на основе облачной платформы в 2022 году Центром было принято решение о создании стартапа ООО «С—Квантум».
В 2022 году учёные из Центра квантовых технологий физического факультета МГУ создали и испытали оборудование для передачи защищённой квантовым способом информации по беспроводному каналу. В этом случае данные передаются по атмосферному оптическому каналу, поэтому связь можно установить в пределах непосредственной видимости. Такая технология необходима, когда нет возможности использования волоконно-оптических каналов связи. Кроме того, разработана аппаратура для создания квантово-защищенных каналов связи с помощью низкоорбитальных спутников. Также защищённую квантовую связь можно применять для беспилотного управления поездов и управления беспилотниками.
В 2022 году учеными Центра создана компактная система активного трекинга для организации оптических каналов связи по открытому пространству на подвижные объекты, позволяющая реализовывать системы оптической связи по открытому пространству, включая системы квантового распределения ключей. Результаты вошли в проект “Разработка стационарной системы формирования защищенных каналов связи между бортовыми устройствами, расположенными на подвижном составе, и системами управления железнодорожным транспортом”, который финансируется ОАО РЖД. В рамках данного проекта будет разработана система защищенного беспилотного управления для поездов.

Создание важных объектов инфраструктуры

В 2019-2020 годах разработан и полностью запущен научно-образовательный практикум по квантовой оптике и квантовой информатике. Данный комплекс позволяет обучающимся экспериментально исследовать базовые законы квантовой физики на примере задач квантовых технологий, реализованных на платформе квантовой оптики. Выполнять практическую работу на оборудовании комплекса можно как очно, так и в дистанционном формате. Установка практикума используется в образовательных программах ЦКТ, а также в программах по подготовке специалистов в области квантовых технологий, которые проводят члены Консорциума: СГУ имени Н.Г. Чернышевского, СПбГУ, ЮУрГУ, МИФИ и МИЭТ. Дополнительная информация для всех организаций, заинтересованных в использовании практикума, есть на сайте центра.
В декабре 2019 года в Центре квантовых технологий был открыт Центр коллективного пользования (ЦКП). Центр предназначен для коллективного использования дорогостоящих уникальных приборов и установок при выполнении фундаментальных и прикладных исследований. В настоящее время ЦКП продолжает использоваться в том числе для обучения по программам дополнительного профессионального образования, повышения квалификации, профессиональной подготовки и переподготовки, которые проводит Центр квантовых технологий.
В 2021 году в ЦКТ запущена облачная платформа для разработчиков квантовых и гибридных квантово-классических алгоритмов, которые необходимы для того, чтобы в дальнейшем можно было решать все более сложные задачи как научного, так и прикладного характера. Платформа адресована, в первую очередь, студентам, научным работникам и сотрудникам научно-исследовательских подразделений компаний, которые занимаются квантовыми вычислениями, квантовой информатикой, квантовым программированием.
В 2021 году в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова была запущена Университетская квантовая сеть (УКС). Данная сеть изначально позиционируется как открытая, что позволяет использовать ее возможности в тестировании оборудования и подготовке кадров всем желающим. Те компании и организации, которые планируют подключиться к УКС, могут обратиться в Центр квантовых технологий. В 2022 году Центр компетенций НТИ «Квантовые технологии» выступил с предложением создать Национальную квантовую (исследовательскую) сеть. Проект был представлен в рамках Петербургского международного экономического форума и реализуется при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ под названием Межуниверситетская квантовая сеть (МУКС). Сеть призвана объединить российские университеты и научные центры, ведущие работы в области квантовых технологий. Базой для объединения станут: магистральная квантовая сеть, создаваемая ОАО РЖД в рамках дорожной карты по квантовым коммуникациям, а также локальные, такие как УКС МГУ, сети МТУСИ-МИСиС и ИТМО . В ближайшие годы должна быть создана так называемая Восточная квантовая магистральная сеть Москва - Нижний Новгород – Казань - Челябинск. Южная ветвь пойдет от Москвы до Сочи. Сеть должна обеспечить проведение научных исследований и опытно-конструкторских работ по созданию и испытанию новых устройств для квантовой связи – репитеров, доверенных и недоверенных узлов, систем хранения и распределения ключей. Проект Национальной квантовой сети предполагает создание городских сетей в точках прихода магистральной сети: в Санкт-Петербурге, Москве, Казани, Нижнем Новгороде, Челябинске и в тех городах, куда магистральная квантовая сеть придет позже. Городские сети будут объединены через магистральную сеть.
13 июля 2023 года, в рамках Форума будущих технологий «Вычисления и связь. Квантовый мир» президенту РФ Владимиру Путину продемонстрировали работу участка МУКС - между Университетом Лобачевского в Нижнем Новгороде и МГУ имени М.В.Ломоносова через квантовую магистральную линию Москва-Нижний Новгород. В запуске сети приняли участие ректор МГУ Виктор Садовничий, а также Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского.
С 2018 года по 2022 год в Центре квантовых технологий создано 12 лабораторий мирового уровня в области квантовых технологий, где ведутся научные исследования, проводится обучение персонала не только из МГУ, но и других организаций. В 2023 году Центром создана и открыта Лаборатория квантовых алгоритмов, которая занимается разработкой и тестированием квантовых алгоритмов и их адаптацией под облачную платформу.
В 2022 году в рамках мегагранта, полученного ЮУрГУ, в Южно-Уральском государственном университете (член Консорциума) создана лаборатория «Квантовая инженерия света» под руководством научного руководителя ЦКТ МГУ С.П. Кулика. Эта лаборатория ЮУрГУ будет развивать несколько технологий ЦКТ МГУ – технологию фотонных чипов для создания элементной базы квантовых вычислительных устройств на основе непрерывных переменных, технологию квантовой томографии фотонных чипов, а также технику отщепления заданного числа фотонов от сжатых состояний. Кроме того, планируется развернуть несколько пилотных проектов университетской квантовой сети на базе промышленных предприятий Челябинской области.
В 2022 году в целях оптимизации подготовки специалистов в интересах крупных государственных корпораций (Росатом, Ростех) и коммерческих компаний (АО Инфотекс, НТП Криптософт, холдинг РЖД), работающих в области квантовых технологий, сектору образовательных программ присвоен статус базового учебного подразделения Центра квантовых технологий физического факультета МГУ.

Внедрение и коммерциализация результатов деятельности Центра

В 2020 году Научно-образовательный практикум по квантовой оптике и квантовой информатике, разработанный в ЦКТ, был внедрен в СПбГУ (в готовое решение входят оборудование, задачи и методическое руководство, разработанное в ЦКТ). Установленный в Санкт-Петербургском госуниверситете комплекс используется не только в магистерских программах, но и в программах бакалавриата, что позволяет значительно увеличить число обучающихся.
В 2021 году рамках проекта «Квантовый телефон ViPNet» ЦКТ МГУ и компания «ИнфоТеКС» полностью запустили Университетскую квантовую сеть (УКС) в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова (проект стартовал в конце 2018 года). Сеть позволяет решать несколько крайне важных задач: подготовку специалистов, тестирование оборудования, тестирование совместимости протоколов, проведение исследовательских работ, запуск пилотных проектов и т.д. Таким образом, потенциал использования УКС для развития и практического использования квантовых коммуникаций очень большой. В подключении к УКС заинтересованы ОАО «РЖД», Транстелеком, МТУСИ, однако для предоставления услуг связи необходима соответствующая лицензия. Кроме того, подключение сторонних организаций требует формирования ценовой политики, организации сервиса по подключению и сопровождению, что является непрофильной деятельностью как для МГУ имени М.В. Ломоносова, так и для АО »ИнфоТеКС». Не исключено, что сопровождение УКС будет передано специализированной компании-оператору, обладающей необходимыми лицензиями и ресурсами для владения и развития инфраструктуры УКС.
Кроме того, в рамках проекта «Квантовый телефон ViPNet» в 2021 году на производственной базе компании «ИнфоТеКС» было запущено серийное производство квантовых устройств. Полученный в 2022 году сертификат Регулятора на использование линейки продуктов «Квантовый телефон ViPNet QSS», закладывает основу для дальнейшего развития квантовых технологий в Российской Федерации и связан с коммерциализацией высокотехнологичных продуктов этой сквозной технологии.
На этапе постмониторинга на основе результатов проектов Программы Центра по направлению «квантовые коммуникации» и «квантовые вычисления», полученных в период грантового финансирования, продолжена работа в имеющих важное значение проектах (НИР и НИОКР), которые в 2023 году выполнялись по заказам коммерческих организаций: ОАО РЖД в рамках договора по выполнению НИР, которая направлена на реализацию плана мероприятий дорожной карты развития высокотехнологичной области «Квантовые коммуникации», в том числе пункта 2.1.5 «Разработка базовых технологий организации недоверенных промежуточных узлов и квантовых коммуникаций на основе несепарабельных состояний»; ООО МЦКТ в рамках договора на выполнение НИОКР, которая направлена на реализацию плана мероприятий дорожной карты развития технологичной области «Квантовые вычисления»; ПАО Мобильные ТелеСистемы.

Создание и лицензирование РИДов

К началу 2022 года портфель РИД Центра квантовых технологий включает 23 патента на изобретения (включая заявки на стадии экспертизы), 5 международных заявок, поданных по системе PCT, 3 ноу-хау, 4 полезные модели и 26 свидетельств о регистрации программ для ЭВМ. В 2022 году Центром подано две заявки на получение патента на изобретение, пять заявок на государственную регистрацию программ для ЭВМ.

В 2023 году закончена экспертиза и получены три патента на изобретения, созданные сотрудниками Центра квантовых технологий ранее. По итогам научных исследований и экспериментальных разработок, осуществляемых Центром, его сотрудниками были созданы два РИД в рамках Договора на выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

В 2018-2022 годах было заключено 10 лицензионных соглашений на передачу права использования и (или) отчуждения права на результаты интеллектуальной деятельности, созданных центром и (или) находящихся под управлением центра.

В 2023 году Центр реализовал три лицензионных соглашения на передачу права использования на РИД, созданных Центром и находящихся под управлением Центра.

Консорциум

Проекты

Направление «Квантовые коммуникации»
- Высокоскоростной квантовый шифратор 10G – Создание комплекса квантово-криптографической аппаратуры защиты информации для передачи через сеть связи общего пользования. Данное решение будет интересно операторам связи, провайдерам услуг и операторам ЦОДов, банкам и любым другим организациям, для которых равно важны объемы и защищенность передаваемых данных. Проект выполняется совместно с компанией «ИнфоТеКС». В 2022 году продукт сертифицирован.
- Квантовый телефон ViPNet – Разработка и создание устройства, обеспечивающего защищенный документооборот на основе квантовых ключей. Устройство позволяет производить защищенный обмен голосовыми сообщениями, файлами, осуществлять общение с помощью видеозвонков. Проект выполняется совместно с ОАО «ИнфоТеКС». В 2021 году запущено серийное производство на мощностях компании «ИнфоТеКС». В 2022 году продукт сертифицирован. В рамках данного проекта в МГУ им. М.В. Ломоносова в 2021 году запущена Университетская квантовая сеть.
- Разработка принципов, подходов и оборудования доверенных узлов для географически протяженных сетей квантового распределения ключей с использованием волоконно-оптических линий связи – Проект нацелен на дальнейшую реализацию географически протяженных волоконно-оптических сетей защищенной передачи данных с квантовым распределением ключей.
- Квантовый датчик случайных чисел – Разработка и создание устройства, принцип действия которого основан на фундаментальных законах квантовой механики, что и обеспечивает генерацию истинно случайных чисел. Наиболее широкое применение случайные числа находят в криптографии (секретные ключи в системах симметричного шифрования, генерация паролей, PIN-коды для различных типов пластиковых карт, кодов аутентификации, вероятностных алгоритмов и систем квантового распределения ключей). Устройство разработано и готово к использованию. В частности, датчик используется в проектах, которые ведет ЦКТ.
- Счетчик фотонов в ближнем ИК-диапазоне – Разработка и создание детектора одиночных фотонов на основе планарных лавинных фотодиодов на гетероструктурах InGaAs/InP. Ключевая особенность данного устройства – возможность работы при температуре порядка -50…-20˚C, что позволяет использовать детектор в компактных приемных устройствах. Проект реализуется совместно с Институтом физики полупроводников имени А.В. Ржанова. В 2020 году был протестирован предсерийный образец устройства. В дальнейшем планируется передача технологии производственной организации для выпуска малых серий ОЛФД.
- Мобильная система распределения криптографических ключей терминал-пользователь – Разработка оптической схемы для системы терминал-пользователь квантового распределения ключей на короткие расстояния (до 1 м). Система предназначена для обеспечения защищенной связи пользовательского устройства с терминалом без установки на стационарное основание, т. е. непосредственно с рук оператора. Результаты вошли в проект, который финансируется РЖД. Проект стартует в 2022 году.
- Система поддержания канала квантовой оптической связи с подвижными объектами по открытому пространству; интеграция системы передачи классической информации в систему активного трекинга. Квантовое распределение ключей между наземным терминалом и малыми искусственными спутниками Земли. Результаты вошли в проект, который финансируется ОАО РЖД. Проект стартовал в 2022 году.
- Квантовые коммуникации через атмосферный канал между мобильными и стационарными терминалами. Результаты вошли в проект, который финансируется ОАО РЖД. Проект стартовал в 2022 году.
- В 2023 г. в рамках мероприятий дорожной карты развития высокотехнологичной области «Квантовые коммуникации» изготовлены экспериментальные стенды, проведены испытания и экспериментальная апробация методологии оценки защищенности протоколов КРК на основе запутанных состояний по атмосферным и волоконно-оптическим каналам связи.
Направление «Квантовые вычисления»
- Многокубитный квантовый симулятор – Многокубитный квантовый симулятор представляет собой вычислительную систему с открытым доступом через Интернет. Устройство включает два процессора на основе двух различных физических систем: холодные атомы в оптической ловушке и одиночные фотоны в линейно-оптических сетях. Каждый из процессоров может быть использован по отдельности, либо, если возможно разбиение задачи, процессоры могут работать параллельно. Доступ по сети Интернет позволяет использовать вычислительные ресурсы квантового симулятора по удаленному протоколу. Проект выполняется совместно с Институтом физики полупроводников имени А.В. Ржанова, НОЦ ФМН МГТУ им. Н.Э. Баумана и ВНИИА им. Н.Л. Духова. В 2021 году в рамках проекта в ЦКТ МГУ была запущена облачная платформа для разработчиков квантовых и гибридных квантово-классических алгоритмов
- Элементная база квантовых компьютеров: разработка методов характеризации линейно-оптических интегральных схем на основе интерферометрии тепловых полей – Данный проект предполагает разработку методов характеризации и адаптивной подстройки параметров линейно-оптических интегральных схем на основе интерферометрии тепловых полей. В рамках проекта выполняется математическое моделирование интерференции тепловых полей в многоканальном интерферометре, разрабатываются методы и компьютерные программы статистического восстановления параметров интерферометра и адаптивной подстройки параметров интегрально-оптической схемы под заданное преобразование.
- Квантовая метрология: создание прототипа системы квантовой оптической когерентной томографии – В рамках проекта ведется разработка системы квантовой оптической когерентной томографии, предназначенной для сканирования биологических образцов. В 2021 году создан прототип системы. Планируется использовать результаты в совместном продукте, разрабатываемым ЦКТ и Саратовским государственным университетом (член Консорциума).
- В 2023 году сотрудниками ЦКТ разработаны, созданы и исследованы параметры второго поколения экспериментальных образцов квантового компьютера на нейтральных атомах с квантовым регистром из определенного количества захваченных атомов с определенной точностью проведения одно – двухкубитных логических операций; прототип квантового вычислительного устройства на основе фотонов в линейно-оптических системах, обеспечивающих производительность на определенном уровне кубитов квантового процессора с определенной точностью линейно-оптических преобразований.
Направление «Полупроводниковые квантовые устройства»
- Создание твердотельного одноатомного одноэлектронного элемента на основе примесного атома в полупроводниковой матрице (КВ) – Создание логических элементов на основе квантовых резервуарных вычислительных сетей одноатомных одноэлектронных устройств. Данные элементы предназначены для применения в системах обработки, хранения и передачи информации.
- Полевые сенсоры и детекторы излучения на основе одноатомных структур (КСе) – Разработка полевых сенсоров и детекторов излучения на основе одноатомных структур. Создаваемые устройства предназначены для применения в системах обработки, хранения и передачи информации, а также существующих в виде самостоятельных сенсорных и детекторных устройств. В 2020 году было завершено теоретическое исследование механизмов работы, начата отработка технологических процессов изготовления. В 2022 году сформированы экспериментальные образцы полевых сенсоров и детекторов излучения на основе одноатомных структур.
- Разработка методов изготовления твердотельных одноатомных элементов на основе примесных атомов в карбиде кремния (SiC) и исследование их характеристик (КВ) – Исследование возможности использования примесных атомов из ряда Cl, Br, N, Cr, Au и Al в карбиде кремния (SiC) в качестве зарядовых центров одноатомных транзисторов и разработка твердотельных одноатомных элементов, предназначенных для применения в системах обработки, хранения и передачи информации.
Направление «Интегральные нанофотонные устройства»
- Пассивные и активные нанофотонные структуры для интегральных оптических волноводов и переключателей (КВ, КС) – Комплексное исследование и проработка новых компактных фотонных наноструктур. Комплексность проекта заключается в использовании ряда оригинальных и передовых технологий, используемых в современной оптике и оптоэлектронике, начиная от этапа проектирования и заканчивая готовым наноустройством. Плюсы такого подхода – быстрая адаптация всего процесса под нужды заказчика, а также размещение ключевых элементов на одном фотоном чипе, что ведёт к уменьшению энергетических потерь в местах стыковки компонентов. В 2022 году созданы опытные образцы насыщающихся поглотителей, интегрально-оптических делителей, интерферометров и микропризм. Полученные результаты планируется использовать для обработки данных, закодированных с помощью ОУМ света, в частности для применения в квантовой оптической криптографии.
- Наноразмерный оптический переключатель (КВ, КС) – Разработка полностью оптического переключателя на основе резонансных наноструктур из полупроводниковых материалов для эффективного управления светом ближнего ИК-диапазона, а также экспериментальная демонстрация полностью оптического переключения с помощью разработанного устройства. В 2022 году созданы и испытаны экспериментальные образцы полупроводниковых метаповерхностей. Полученные результаты будут использованы при создании устройств сверхбыстрой обработки оптического сигнала, а также для лазерных сканирующих устройств для компактных немеханических лидаров.
- Однофотонные источники света на чипе (КВ, КС, КСе) – Разработка и экспериментальная реализация однофотонного источника, интегрированного в волноводную структуру на поверхности одномерного фотонного кристалла. В 2022 году создан однофотонный источник, образцы которого запланировано использовать для решения проблем стабильности и миниатюризации интегральных оптических схем, применяемых для задач квантовой обработки информации.

Образовательная деятельность

За 2018-2022 гг. в рамках магистерских программ и программ дополнительного образования (ДПО) в Центре было подготовлено 1552 специалистов.

За 2023 год Центром НТИ обеспечена подготовка 374 специалистов по направлению «сквозной» технологии по программе «Квантовая теория», которая проводилась в МГУ.

Запущены четыре магистерские программы, в том числе одна сетевая МГУ_СГУ, ориентированные на подготовку специалистов широкого профиля в области прикладных квантовых технологий. Программы призваны сократить дефицит квалифицированных кадров и обеспечить подготовку специалистов нового профиля – квантовых инженеров, которые остро необходимы для развивающейся индустрии квантовых технологий.
В 2023 году научным руководителем ЦКТ С.П. Куликом разработана и запущена образовательная программа для бакалавриата «Квантовые технологии» в Южно-Уральском государственном университете (член Консорциума Центра).

Запущена система дополнительного образования для повышения квалификации работников технологических предприятий, заинтересованных во внедрении квантовых технологий. Так, в период с 2018 по 2023 год на базе Центра НТИ прошли подготовку специалисты коммерческих компаний: АО «ИнфоТеКС», НТП «Криптософт», АО «Юлком Медиа», Концерн «Автоматика», ООО «СФБ Лаборатория», а также «Воентелеком», ПАО Ростелеком, ГК Ростех, РЖД.
В 2023 году Центром реализованы ежегодные программы переподготовки по квантовым технологиям, программы повышения квалификации специалистов, подготовка специалистов в интересах государственных организаций (ВНИИТФ (Снежинск), НЦФМ (Саров), ЧИПС УрГУПС (Челябинск).

Запущена система онлайн-образования для максимально широкого круга слушателей. Всего в данном направлении открыто 10 онлайн-курсов, в том числе в 2022 году разработан и запущен онлайн курс «Квантовая оптика» на платформе Открытое образование.
Запущен практикум по квантовым технологиям. Практикум дает возможность «пощупать руками» фундаментальные квантовые эффекты и дает навыки практического использования линейки продуктов квантовых технологий. К установкам практикума организован онлайн-доступ.
С 2018 года по 2023 год Центром организованы и проведены шесть Международных Школ по квантовым технологиям. Квантовая школа, организованная Центром – это единственное на сегодняшний день ежегодное российское мероприятие, освещающее полный спектр квантовой тематики от теоретических аспектов до презентации реальных разработок. Мероприятие представляет собой большую ценность для специалистов, которые занимаются квантовыми технологиями. В 2023 году в мероприятии приняли участие 86 человек, среди них 16 преподавателей и 48 слушателей из вузов и академических организаций. Конкурс среди слушателей составил четыре человека на место.

С 2019 года по 2023 год Центр является членом организационного комитета и принимает активное участие в проведении ежегодных международных конференций по лазерной физике (LPHYS').

В 2023 году по-прежнему, в работе Центра большое внимание уделялось подготовке квалифицированных кадров на базе студентов (магистров, бакалавров, специалистов), проходящих практику в ЦКТ, проходящих программы стажировок в коммерческих организациях (ИнфоТеКС), а также сотрудничества с Саратовским государственным университетом и Южно-Уральским государственным университетом по программе стажировок в рамках Постановления Правительства №220.