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.
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.
Коррозия металлов и сплавов остаётся одной из наиболее значимых научно-технических проблем современной промышленности, приводящей к существенным экономическим потерям, снижению надёжности оборудования и возникновению экологических и технологических рисков. Эффективное прогнозирование коррозионного поведения материалов требует понимания процессов, протекающих на атомном и электронном уровнях. Целью настоящей работы является анализ возможностей применения квантовых вычислений для моделирования коррозионных процессов и оценка перспектив их использования в коррозионной науке и материаловедении. Исследование выполнено в формате аналитического обзора публикаций в области вычислительной химии, квантовой информатики и электрохимической коррозии. Рассмотрены возможности и ограничения классических методов квантовой химии, включая теорию функционала плотности (DFT) и пост-хартри-фоковские подходы, а также современные квантовые алгоритмы: вариационный квантовый солвер собственных значений (VQE), квантовая оценка фазы (QPE), методы моделирования периодических систем и квантовая молекулярная динамика. Анализ показывает, что квантовые вычисления обладают потенциалом для более точного описания электронной структуры защитных оксидных и сульфидных плёнок, элементарных электрохимических реакций, процессов водородного охрупчивания и взаимодействия ингибиторов с металлической поверхностью. Выполнена оценка вычислительных ресурсов и возможных временных горизонтов практического применения квантовых технологий. Показано, что в ближайшей перспективе наиболее реалистичным направлением являются гибридные квантово-классические подходы, тогда как моделирование реалистичных коррозионных интерфейсов потребует развития отказоустойчивых квантовых систем. Полученные результаты позволяют определить перспективные направления использования квантовых вычислений для повышения точности прогнозирования коррозии и совершенствования технологий противокоррозионной защиты.
Актуальность исследования обусловлена предстоящим широким внедрением квантовых технологий в существующую информационно-телекоммуникационную инфраструктуру. Эффективное внедрение невозможно без предварительного анализа и обоснования достаточности и безопасности систем квантового распределения ключей. Это в свою очередь предполагает исследование и формализованное сравнение аппаратных архитектур, положенных в основу этих систем. Эффективным инструментом для решения последней задачи является компьютерное моделирование. Цель состоит в исследовании и систематизации типовых аппаратных архитектур систем квантового распределения ключей, их моделировании и верификации созданных моделей. Объектом являются практические архитектуры систем квантового распределения ключей. Методы: математическое описание оптических систем на основе формализма Джонса, имитационное моделирование в среде Simulink Matlab. Результаты. Реализована имитационная модель типовой системы квантового распределения ключей, использующей архитектуру Plug-n-Play. Корректность модели показана путём демонстрации толерантности к искажениям поляризации при передаче в волоконно-оптическом канале связи. Созданные модели оптических компонентов в Simulink могут использоваться для построения моделей систем других архитектур.
В статье представлен обзор квантовых принципов и физических эффектов, перспективных для развития волоконно-оптической сенсорики. Показано, что дальнейшее повышение чувствительности и информативности волоконных датчиков связано с переходом от классических методов регистрации к использованию квантовой когерентности, квантовых корреляций, одиночных фотонов, сжатых состояний света и квантовых материалов. Рассмотрены основные подходы квантового зондирования, особенности квантовых источников света, а также возможности применения углеродных наноалмазов с NV-центрами, фотонных кристаллов, квантовых точек и плазмонных структур в волоконных сенсорных системах. Отдельное внимание уделено использованию рамановского, бриллюэновского и рэлеевского рассеяния в распределённых измерениях температуры, деформации и других физических параметров. Показано, что интеграция квантовых эффектов в архитектуру волоконно-оптических датчиков открывает путь к созданию сенсорных систем нового поколения, обладающих повышенной чувствительностью, высоким пространственным разрешением и расширенными функциональными возможностями. Сделан вывод о значительном потенциале квантовых подходов для дальнейшего развития волоконной сенсорики и их перспективности для практических применений в науке, технике и биомедицине. This review examines quantum principles and physical effects that are shaping the emerging field of fiber-optic quantum sensing. Continued progress in the sensitivity, resolution, and functional capabilities of fiber-optic sensors is increasingly linked to a shift from conventional interrogation methods toward approaches exploiting quantum coherence, quantum correlations, single-photon states, squeezed light, and quantum-engineered materials. The paper discusses the foundations of quantum sensing, the properties of quantum light sources, and the prospects for integrating carbon nanodiamonds with NV centers, photonic crystals, quantum dots, and plasmonic structures into fiber-optic sensor platforms. Particular emphasis is placed on Raman, Brillouin, and Rayleigh scattering as key mechanisms for distributed measurements of temperature, strain, and related physical quantities. It is shown that the incorporation of quantum effects into fiber-optic sensing architectures may enable next-generation sensor systems combining enhanced sensitivity, high spatial resolution, and extended functionality. Overall, quantum approaches represent a promising direction for the further development of fiber-optic sensing in scientific, engineering, and biomedical applications.
Необходимость обработки информации на квантовом уровне диктуется перспективностью применения квантовых каналов связи, обладающих существенно более высокой пропускной способностью и защищенностью, которые основаны на принципиально иных свойствах квантовых систем. Принципиальное преимущество квантовых каналов связи по сравнению с классическими заключается в их качественно более высоком уровне защиты: совершенный квантовый канал имеет, в принципе, абсолютную защиту, поскольку любая попытка вмешательства в систему сразу же обнаруживается (квантовый канал связи можно разрушить, но невозможно вскрыть). В то же время на пути создания эффективных систем обработки квантовой информации стоит ряд трудных проблем, связанных с декогеренцией квантовых состояний и синхронизацией квантовых операций. Основным элементом квантового канала связи является квантовый вычислительный кластер.
В статье рассматриваются теоретические и прикладные аспекты развития квантовой связи и квантовых сетей как одного из ключевых направлений научно‑технологического прогресса XXI века. Показано, что переход от классических телекоммуникационных систем к квантовым каналам передачи информации обусловлен не только ростом объёмов данных и требований к скорости обмена, но и принципиально новой потребностью в абсолютной криптографической защищённости информации. Квантовая связь, основанная на фундаментальных законах квантовой механики, обеспечивает качественно иной уровень безопасности, недостижимый для классических алгоритмов шифрования. Особое внимание в работе уделено концепции квантовых сетей, которые рассматриваются как основа будущего «квантового интернета», объединяющего квантовые компьютеры, сенсоры и коммуникационные узлы в единую распределённую инфраструктуру. Подробно анализируются принципы квантового распределения ключей, роль квантовой запутанности и фотонных состояний в передаче информации, а также архитектура гибридных сетей, сочетающих классические и квантовые каналы. Важным направлением исследования является анализ возможностей применения квантовой связи в военной сфере и в системах, связанных с обеспечением национальной безопасности. Рассматриваются перспективы использования квантовых сетей для защищённой связи органов военного управления, управления беспилотными и роботизированными системами, стратегических сил сдерживания, а также для противодействия современным угрозам в области радиоэлектронной борьбы и кибервойны. Делается вывод о том, что квантовые технологии способны в перспективе изменить баланс сил в информационном и технологическом противоборстве между государствами. Практическая значимость статьи заключается в систематизации современных представлений о квантовой связи и квантовых сетях, а также в формировании целостного взгляда на их роль в будущем военных и гражданских коммуникационных систем.
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.