Квантовые устройства на спинах точечных дефектов широкозонных полупроводниках, например, NV центров и их ансамблях в алмазе привлекательны возможностью работы при комнатных температурах, однако время спиновой релаксации Т2 * зависит от других дефектов и обычно Т2 *<<Т2 – времени когерентной релаксации на узловых атомах азота Ns. Проблемой остается их создание в заданной области, единственным способом которого является имплантация, создающая массу других дефектов. Решить проблему “квантового качества” можно двумя способами. Во-первых, формированием сверхрешеток из узловых атомов азота с регулярными рельефом для их встраивания при росте из газовой фазы, а затем захватом вакансий, сформированных при локальном облучении и нагреве сфокусированным пучком, в соседние c азотом узлы. Во-вторых, внедрением одиночных ионов N+ имплантерами с регистрацией фотонной или электронной эмиссии от вошедшего в мишень иона или заряда на её поверхности, управляющих процессом переноса ионного пучка в новую точку.
Квантовые устройства на спинах точечных дефектов широкозонных полупроводниках, например, NV центров и их ансамблях в алмазе привлекательны возможностью работы при комнатных температурах, однако время спиновой релаксации Т2 * зависит от других дефектов и обычно Т2 *<<Т2 – времени когерентной релаксации на узловых атомах азота Ns. Проблемой остается их создание в заданной области, единственным способом которого является имплантация, создающая массу других дефектов. Решить проблему “квантового качества” можно двумя способами. Во-первых, формированием сверхрешеток из узловых атомов азота с регулярными рельефом для их встраивания при росте из газовой фазы, а затем захватом вакансий, сформированных при локальном облучении и нагреве сфокусированным пучком, в соседние c азотом узлы. Во-вторых, внедрением одиночных ионов N+ имплантерами с регистрацией фотонной или электронной эмиссии от вошедшего в мишень иона или заряда на её поверхности, управляющих процессом переноса ионного пучка в новую точку.
работа представляет собой краткий обзор исследований и достижений в сфере развитии квантовых технологий, применяемых как в области квантовой защиты информации, в первую очередь, так и для развития других сфер, имеющих значение для обеспечения нужд государства. Цель данной работы – анализ перспектив использования NV-дефектов твердотельных структур, изучение их свойств, а также определение положения, которое они занимают при разработке методов и способов защиты информации в оборонной промышленности. Методы проведения работы – использование некоторые результаты исследований ведущих российских и зарубежных ученых, полученные в течение последних нескольких лет и охватывающие круг вопросов, связанных с использованием NV-дефектов в различных областях промышленности, в том числе в оборонной. Результаты данной работы: обозначены перспективы использования NV-дефектов не только в алмазной кристаллической решетке, но и других твердотельных структурах; определены четыре основных вызова для внедрения (масштабирование, интеграция, стоимость, устойчивость); обоснована перспективность замены алмаза на карбид кремния (6H-SiC) для интеграции с существующей микроэлектроникой. Выводы: NV-дефекты являются базовым элементом для создания квантовых сенсоров, систем квантового распределения ключей и квантовых вычислителей оборонного назначения. The paper provides a brief overview of research and achievements. in the field of the development of quantum technologies used both in the field of quantum information protection, first of all, and for the development of other areas that are important for meeting the needs of the state. The purpose of this work is to analyze the prospects for using NV defects in solid–state structures, study their properties, and determine the position they occupy in the development of methods and methods of information protection in the defense industry. The methods of the work are based on some of the research results of leading Russian and foreign scientists obtained over the past few years and covering a range of issues related to the use of NV defects in various fields of industry, including defense. The results of this work: the prospects of using NV defects not only in the diamond crystal lattice, but also in other solid-state structures are outlined; four main challenges for implementation (scaling, integration, cost, stability) are identified; the prospects for diamond replacement are substantiated silicon carbide (6H-SiC) for integration with existing microelectronics. Conclusions: NV defects are a basic element for creating quantum sensors, quantum key distribution systems, and defense-grade quantum computers.
Динамика нестационарной квантовой системы, гамильтониан которой явно зависит от времени, называется адиабатической, если ее состояние, совпадающее с собственным состоянием гамильтониана в начальный момент времени, остается близко к этому собственному состоянию в течение всей эволюции. При этом степень такой близости зависит от малости параметра, определяющего скорость изменения гамильтониана. Обычно считается, что один из факторов, играющих решающую роль для стабильности адиабатической динамики, - это структура спектра гамильтониана. Как утверждает квантовая адиабатическая теорема в своей обычной формулировке, отклонение от адиабатической эволюции можно оценить сверху отношением скорости изменения гамильтониана к минимальному расстоянию между энергией состояния, которое аппроксимирует адиабатическую динамику, и остальным спектром гамильтониана. Проводится анализ этой зависимости. Доказаны теоремы, показывающие, что на эффективность адиабатической аппроксимации больше влияет скорость изменения собственных векторов гамильтониана, чем динамика спектра. В подавляющем большинстве физически осмысленных случаев оказывается, что если мы можем контролировать динамику собственных векторов, то этого достаточно для обеспечения адиабатичности вне зависимости от динамики спектра как таковой.
Квантовые системы могут быть использованы для построения сенсоров физических полей. Наибольшей точности и чувствительности такие сенсоры достигают при их когерентном контроле. Холодные и ультрахолодные атомы являются перспективными для создания квантовых сенсоров инерциальных полей. Для создания транспортируемых квантовых сенсоров на основе нейтральных атомов перспективной является платформа атомного чипа, которая обладает меньшими размерами и энергопотреблением. Это позволит использовать её для размещения на борту летательных аппаратов, включая спутниковые системы. Дальнейшим её развитием является переход к гибридным атомно-оптическим чипам.
Данная работа посвящена методам проектирования постквантового криптографического алгоритма электронной цифровой подписи. Существуют несколько основных направлений, каждое из которых опирается на уникальные математические проблемы, которые считаются трудноразрешимыми даже для квантовых компьютеров. К этим направлениям относятся: криптографические алгоритмы, основанные на хешировании, на решетках, на кодах, на многомерных многочленах и на изогениях. Каждая из этих категорий имеет свои сильные и слабые стороны, и выбор схемы постквантовой подписи для использования будет зависеть от конкретных требований и ограничений приложения. Среди кандидатов на постквантовую подпись на основе хеширования является многообещающим кандидатом для обеспечения безопасных цифровых подписей. Они полагаются на свойства односторонних хеш-функций, которые, как считается, защищены как от классических, так и от квантовых компьютеров. Подписи на основе хеширования также привлекательны, поскольку они просты, быстры и эффективны. Их можно реализовать с относительно небольшими размерами ключей, и они требуют минимальных вычислений как для подписи, так и для проверки.
Квантовые системы могут быть использованы для построения сенсоров физических полей. Наибольшей точности и чувствительности такие сенсоры достигают при их когерентном контроле. Холодные и ультрахолодные атомы являются перспективными для создания квантовых сенсоров инерциальных полей. Для создания транспортируемых квантовых сенсоров на основе нейтральных атомов перспективной является платформа атомного чипа, которая обладает меньшими размерами и энергопотреблением. Это позволит использовать её для размещения на борту летательных аппаратов, включая спутниковые системы. Дальнейшим её развитием является переход к гибридным атомно-оптическим чипам.
Предел обнаружения квантовых сенсоров на спинах пар азот-вакансия (NV) и их ансамблях в алмазе пропорционален времени дефазировки спинов Т2 * и обратно пропорционален корню их концентрации. Однако Т2 * зависит от спинов других дефектов и обычно Т2 *<Т2 – времени спиновой релаксации на NV центрах. Причем экспериментально выполняется соотношение T2 * << T2 при теоретической величине T2/T2 * 16 за счет неспаренного электрона доноров Ns 0. Важнейшей задачей является увеличение плотности NV центров при сохранении длительного времени спиновой когерентности [2]. Оно зависит как от качества специально разработанных синтетических кристаллов “квантового класса”, так и от формирования ансамблей и гибкости метода химического осаждения из паровой фазы с помощью плазмы (CVD). Проблемой остается создание ансамблей в заданной области с контролем числа NV центров. Задача формирования ансамблей квантового класса была решена в ИФП, ИГМ и ИТФ СО РАН.