Aktivita deteQUTE stimuluje vznik plnohodnotného a technologicky autonómneho európskeho odvetvia kvantovej komunikácie. Prirodzeným ďalším krokom (nad rámec súčasného projektu) bude spraviť tieto detektorové systémy široko dostupné pre všetkých používateľov euroQCI – teda zabezpečiť ich vstup do výrobnej fázy.

ID Quantique inštalácia v pavilóne QUTE pavilion v Bratislave

Počas obdobia trvania projektu tím WP3 vyvinul a zostavil dva kompletné kryogénne systémy a vytvoril vlastnú platformu na testovanie a charakterizáciu supravodivých detektorov jednotlivých fotónov. Systémy kombinujú kryogénnu technológiu, optické komponenty, elektroniku a špecializované systémy monitorovania a riadenia.

Systémy boli vyvinuté, uvedené do prevádzky a otestované na Ústave experimentálnej fyziky SAV v Košiciach. Prvé testy potvrdili správnu funkciu chladiacich, vákuových, čerpacích a riadiacich systémov. Samotná kryogénna platforma dosiahla základnú teplotu 2,8 K, čím prekročila pôvodne stanovený cieľ projektu.

Jeden z kryogénnych systémov vyvinutých v rámci projektu skQCI, pri ktorom bola overená základná teplota 2,8 K.

Popri vývoji kryogénnych systémov tím na Elektrotechnickom ústave SAV a na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky UK v Bratislave pracoval na výrobe vlastných supravodivých detektorov jednotlivých fotónov – kľúčového komponentu budúcich kvantových komunikačných systémov.

Vývoj týchto veľmi citlivých detektorov predstavoval technickú výzvu. Tím musel riešiť problémy spojené s depozíciou tenkých vrstiev a stabilizáciou jej parametrov, náročnou nanolitografiou a efektívnym naviazaním svetla do detektora, ktoré zabezpečilo Medzinárodné laserové centrum CVTI SR.

Podarilo sa dosiahnuť niekoľko významných zlepšení. Vlastnosti supravodivého materiálu sa podarilo úspešne optimalizovať a bola vyvinutá nová metóda zarovnania optického vlákna.

Prvé vyrobené detektory už preukázali detekciu jednotlivých fotónov pri vlnovej dĺžke 1550 nm, čo potvrdzuje funkčnosť základného konceptu detektora. Naďalej je potrebná optimalizácia s cieľom zvýšiť ich účinnosť a priblížiť technológiu parametrom najmodernejších detektorov.

SEM snímka meandrovo tvarovaného NbN nanovodiča so šírkou 200 nm.

Projektovému tímu sa podarilo vyvinúť a otestovať hlavné komponenty potrebné na výrobu týchto detektorov a vyriešiť viaceré významné výzvy súvisiace s ich výrobou, stabilitou a optickým spárovaním.

Prvé merania vlastných detektorov preukázali detekciu jednotlivých fotónov pri vlnovej dĺžke 1550 nm, ktorá sa široko využíva v kvantovej komunikácii prostredníctvom optických vlákien.

Okrem toho boli vyvinuté nové supravodivé mikroprúžkové jednofotónové detektory na báze karbidu molybdénu, pri ktorých bola preukázaná predbežná vnútorná detekčná účinnosť viac ako 75 %.

Vlastný supravodivý mikroprúžkový detektor jednotlivých fotónov: (a) optická mikrosnímka vyrobeného špirálového detektora a (b) nameraná systémová detekčná účinnosť a miera tmavých impulzov v závislosti od normalizovaného predpätia, spolu s aproximovanou krivkou SDE.

He3 sorpčná chladnička s jednosmerným a mikrovlnným meracím systémom na charakterizáciu supravodivých nanovodičov.

Dôležitým prínosom projektu je aj vytvorenie infraštruktúry, ktorá neslúži len na výskum, ale aj na vzdelávanie a odbornú prípravu.

Rozhodnutie vybudovať dva kryogénne systémy namiesto jedného vytvára možnosť zriadiť dve školiace pracoviská, na ktorých môžu študenti a výskumní pracovníci pracovať s technológiami kvantovej komunikácie vrátane zdrojov fotónov, zariadení QKD, optických vlákien a kryogénnych jednofotónových detektorov.

Projekt tak vytvoril na Slovensku novú výskumnú a technologickú kapacitu: konzorcium teraz dokáže vyvíjať, integrovať, testovať a charakterizovať supravodivé jednofotónové detektory vo vlastných podmienkach.

Kľúčové výsledky:

• 2 kompletné kryogénne systémy
• dosiahnutá najnižšia teplota 2,8 K
• prvé merania vlastných SNSPD s preukázanou detekciou jednotlivých fotónov
• vyvinutý nový SMSPD detektor s vnútornou detekčnou účinnosťou >75 %
• vytvorená nová infraštruktúra pre výskum a odbornú prípravu v oblasti kvantovej komunikácie

Tieto výsledky vytvárajú dôležitý základ pre ďalší vývoj supravodivých jednofotónových detektorov a technológií kvantovej komunikácie v rámci projektu aj po jeho skončení.

Vedecká publikácia:  [Prejsť na vedecké publikácie →]