Учёные из НИТУ МИСИС и МФТИ впервые в России создали полностью функциональный квантовый процессор с четырьмя кубитами и продемонстрировали на нём точность выполнения двухкубитных операций CZ более 97 %. Следующим шагом станет разработка 8-кубитных симуляторов и процессоров, что обещает подтолкнуть российских разработчиков к реализации более мощных квантовых вычислителей.

Источник изображений: НИТУ МИСИС

В основе эксперимента лежала созданная в Лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ сверхпроводниковая интегральная квантовая микросхема КИМС. Чип содержит пять ёмкостно шунтированных зарядовых сверхпроводящих кубитов, один из которых в данном эксперименте не использовался. Кубиты электрически связаны друг с другом и могут как обмениваться энергией, так и управляемо изменять друг у друга фазу суперпозиций состояний |0⟩ и |1⟩.

Сверхпроводящие кубиты и их конкретное воплощение в виде трансмонов широко используются при создании квантовых вычислителей. Например, трансмоны лежат в основе квантовых компьютеров компаний IBM и Google. В МФТИ также используют этот тип сверхпроводимых элементов, на основе которых спроектировали и изготовили пятикубитный процессор.

Опытный квантовый процессор КИМС МФТИ использует способность кубитов изменять друг у друга фазу суперпозиций состояний для реализации операции CZ — двухкубитной операции, в ходе которой один кубит контролирует поворот другого кубита, что приводит их в состояние квантовой запутанности. Поскольку операция управляемая, это открывает простор для исполнения ряда квантовых алгоритмов, один из которых российские физики успешно и впервые в стране продемонстрировали на четырёхкубитном отечественном квантовом процессоре.

«Для реализации неразрушающего считывания кубитов посредством индивидуальных микроволновых резонаторов исследователи использовали широкополосный джозефсоновский параметрический усилитель, совместно разработанный учеными МФТИ и МИСИС», — сказано в пресс-релизе НИТУ МИСИС.

На представленном изображении ёмкость одного из кубитов представлена зелёным цветом, цепочка резонаторов для индивидуального считывания — красным, индивидуальные управляющие потоковые линии — синим и антенны — жёлтым. Программный код для выполнения алгоритмов создан в НИТУ МИСИС.

«Нам удалось показать высокоэффективные квантовые операции на системе 4-х кубитов, что является уникальным достижением для российских квантовых технологий. В проведенном эксперименте время отдельной логической операции составляет около 0,025 мкс. Это позволяет реализовать более 3200 операций за время жизни квантового состояния процессора. При изготовлении квантовой интегральной микросхемы технологами из МФТИ были отработаны важные особенности технологического процесса, что позволило нам существенно улучшить ключевые характеристики кубитов», — рассказал заведующий Лабораторией искусственных квантовых систем МФТИ Олег Астафьев.

Успешное проведение подобного эксперимента наглядно подтверждает, что уровень развития технологии и экспериментальной базы, достигнутый при сотрудничестве учёных МФТИ и МИСИС достаточен для реализации среднемасштабных квантовых устройств без коррекции ошибок, что они берутся доказать в будущем в процессе создания 8-кубитовых и более мощных квантовых вычислителей.

Исследователи из НИТУ «МИСиС» разработали технологию печати постоянных магнитов из магнитотвёрдых материалов на 3D-принтере. Метод даёт возможность производить магниты сложной формы с заданными свойствами, что сегодня крайне трудно. Технология найдёт применение при производстве постоянных магнитов как для обычной бытовой техники, так и для высокотехнологичной электроники.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

«3D-печать магнитов — совершенно новая область не только в нашей стране, но и в мире. В настоящее время научные коллективы, которые умеют печатать магниты, можно пересчитать по пальцам. Мы успешно движемся вперед, к разработке новых импортозамещающих технологий 3D-печати практически любого металломатричного мультиматериала, который можно изготовить в виде порошка и который имеет температуру плавления до 3500 °C», — рассказал руководитель лаборатории «Катализ углеводородов» НИТУ «МИСИС» Александр Громов.

Традиционно промышленное производство магнитов включает множество сложных технологических процессов от выплавки до дробления, прессования, спекания, механической обработки, намагничивания и последующего нанесения защитного покрытия. Нетрудно представить, что изготовление магнитов сложной формы многократно усложняет техпроцесс. Спекание лазером магнитотвёрдых порошков в модель произвольной формы стало бы удобным решением, которое позволило бы, например, исключить из технологических операций такие этапы, как прессование, спекание и последующую механическую обработку и, в целом, примерно на треть упростило бы производство.

Учёные давно ищут возможность использовать аддитивную печать для изготовления постоянных магнитов, для чего требуется исследовать как микро-, так и макроструктуры магнитных моделей. Исследователи всего мира фактически находятся в начале пути к промышленной 3D-печати постоянных магнитов, и работа российских учёных прошла по самому переднему краю исследований.

В основе предложенного технологического процесса печати лежит «порошок с частицами сферической формы на основе неодима, железа и бора с незначительным содержанием празеодима, кобальта, титана и циркония», как поясняется в пресс-релизе НИТУ «МИСИС». Учёные установили, «что при печати на стальной подложке, мощность лазера 150–200 Вт и скорость сканирования 300–700 мм/с обеспечивают оптимальные условия производства магнита с минимальным количеством дефектов структуры». Подчёркивается, что время создания таким образом магнитов сократилось более чем в три раза по сравнению с традиционной промышленной технологией спекания.

Следует сказать, что работа исследователей пока носит лабораторный характер, но в будущем предложенный метод может стать основой для технологий получения эффективных постоянных магнитов любой геометрической формы.

Сообщается, что учёные НИТУ «МИСиС» впервые в мире предложили технологию создания тонкостенных 3D-деталей сложной формы из вольфрама методом селективного лазерного плавления. Трудность в том, что вольфрам — металл исключительной тугоплавкости, а при комнатной температуре очень хрупкий. Просто так из вольфрама изделия сложной формы с тонкими стенками не сделать, а они нужны для прорывных научных экспериментов и в медицине.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

«Несмотря на тугоплавкость вольфрама, нам удалось подобрать технологические параметры 3D-печати для производства тонкостенных деталей из него по технологии селективного лазерного плавления. Изучение условий формирования ванны расплава для вольфрама при воздействии лазерного излучения позволило увеличить разрешающую способность печати вольфрама до физически возможного предела», — рассказал представитель группы разработчиков, научный сотрудник лаборатории «Катализ и переработка углеводородов» НИТУ «МИСиС», к.ф.-м.н. Иван Пелевин.

Температура плавления вольфрама составляет 3422 °C. При этом он эффективно поглощает радиационное излучение и мало подвержен коррозии. Разработанный метод позволяет печатать конструкции со стенкой толщиной в 100 мкм. Это может быть использовано для изготовления деталей для экспериментов на российских ускорителях частиц и для создания фокусирующих элементов для лучевой терапии опухолей.

Объёмные тонкостенные 3D-модели из вольфрама могут быть использованы для создания нового поколения детектора частиц высоких энергий — калориметра. Калориметры являются неотъемлемым инструментом ускорителей, включая Большой адронный коллайдер. Из тонкостенного вольфрама изготавливают абсорберы излучения, которые способны поглощать частицы высоких энергий. В процессе поглощения формируется так называемый электромагнитный ливень, который даёт представление о характеристиках исходных частиц — это позволит получить новые знания о свойствах адронов с тяжёлыми кварками.

В медицине фокусирующие экраны из тонкостенного вольфрама помогают сконцентрировать излучение на опухолевой ткани и защитить здоровую. Новая технология 3D-печати из вольфрамового порошка с помощью лазеров обещает не задержаться с внедрением, но сами учёные никаких прогнозов не дают.

Группа учёных из НИТУ «МИСиС» в журнале Applied Physics Letters опубликовала статью, в которой рассказала о простом способе производства всепогодных солнечных батарей. Исследователи показали, как на обычном промышленном оборудовании можно выпускать солнечные элементы, вырабатывающие электричество как в яркий солнечный день, так и в сумерки и в условиях облачности.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Ключом к достижению стал уже зарекомендовавший себя в области фотодатчиков «русский» элемент перовскит. В частности, соединение CsPb₂Br₅. Солнечные панели на основе перовскита по эффективности уже приблизились к лучшим коммерческим образцам кремниевых панелей. При этом массовое производство солнечных батарей на основе перовскита обещает оказаться менее дорогое, чем производство кремниевых панелей. Перовскитный материал можно наносить тонкой плёнкой на почти любую основу, чего не скажешь о кремнии. Это даёт возможность кратно сократить производственный цикл солнечных батарей.

«Мы продемонстрировали формирование перовскитных слоёв методом химического осаждения из газовой фазы (CVD — chemical vapor deposition) в одностадийном процессе. Использование стандартного метода в сочетании с механохимическим синтезом обеспечит масштабирование до промышленного уровня. Кроме того, мы продемонстрировали и объяснили высокую стабильность и люминесцентные свойства неорганических перовскитов и особенно выделяем CsPb₂Br₅ за лучшие оптические свойства на всех технологических этапах», — рассказал сотрудник лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ «МИСиС» Артур Иштеев.

Способность перовскитов генерировать электричество при рассеянном свете и низкой освещенности открывает путь к генерации не только в широком диапазоне времени суток, но также в помещениях, где почти всегда есть внутреннее освещение. Таким образом можно запитать стационарные приборы и носимые устройства вплоть до смартфонов.

«В университете организовали полный цикл сборки перовскитных солнечных элементов. В лабораторных условиях это занимает пять часов — от стекла до готового устройства. Технология готова к полноценному производству и конкуренции с кремниевыми аналогами. Разработчики привлекают инвестиции и ищут индустриальных партнеров», — говорится в пресс-релизе на сайте НИТУ «МИСиС».

Для питания электрического транспорта перспективными можно считать суперконденсаторы, которые в силу своих особенностей способны выдавать большие объёмы энергии на протяжении длительного времени. Другое дело, что для производства суперконденсаторов с нужными характеристиками необходимы новые материалы. Учёным из России, Беларуси и Китая удалось совместно создать подходящий композит для выпуска отечественных суперконденсаторов.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

«Наша работа посвящена синтезу и исследованию свойств композитов на основе сложных оксидов ионов железа и углеродных нанопроизводных (графеновые массивы), которые, на наш взгляд, будут востребованы в электронной промышленности и в системах хранения энергии», — рассказал научный сотрудник кафедры технологии материалов электроники НИТУ «МИСиС», к.ф.-м.н. Алексей Труханов.

В ходе исследований, о результатах которых учёные сообщили в статье в журнале Nanomaterials, химическим методом как исходное сырьё для композитов были синтезированы наноразмерные ферриты. Опытным путём было выявлено (и подтверждено экспериментально) оптимальное соотношение графена (25 %) и феррита (75 %).

Полученный полупроводниковый магнитный материал может использоваться в электродах суперконденсаторов и в системах накопления энергии, как и в целом ряде электронной техники. Учёным ещё предстоит найти разработке массу других применений, а пока они завершают серию лабораторных исследований полученных композитов.

Учёные НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из США и Мексики разработали новую технологию производства экономичных аккумуляторов из медицинских отходов — использованных масок и пластиковой упаковки от лекарств (блистеров). Вместо дорогостоящей утилизации отходов тонны мусора могут стать энергией для гаджетов.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Сжигание масок и пластиковой упаковки точно не улучшит экологическую обстановку, а сегодня, из-за пандемии COVID-19, подобных отходов образуются сотни тонн ежемесячно. В то же время текстиль масок — это удобная основа для пропитки химическими веществами, которые лежат в основе аккумуляторов и батарей. Маски достаточно пропитать нужным раствором и спрессовать, на что потребуется не так много энергии и усилий.

В частности, пропитка раствором с растворённым в нём графеном и последующая прессовка проводится всего при температуре 140 °C, тогда как для изготовления обычных аккумуляторов с эффектом суперконденсатора требуются на порядок более высокие температуры для процессов пиролиза.

«Новая технология позволяет получить тонкие, гибкие, дешевые батареи, которые за счет низкой себестоимости могут быть и одноразовыми. Они превосходят по ряду параметров более тяжелые, покрытые металлом традиционные аккумуляторы, которые требуют больше расходов на производство. Новые батареи можно будет использовать в бытовых устройствах, от часов до светильников», — говорится в пресс-релизе НИТУ «МИСиС».

Разработчики утверждают, что новые аккумуляторы обладают более высокой плотностью запасённой энергии и большей электрической ёмкостью. Ранее созданные по похожей технологии таблеточные аккумуляторы имели ёмкость 10 Вт·ч/кг, а по новой технологии — 98 Вт·ч/кг. Также учёные выяснили, что добавка к материалу пропитки масок наночастиц неорганического перовскита типа Ca₃Co₄O_9-δ повышает ёмкость аккумуляторов до 208 Вт·ч/кг. Интересное применение медицинскому мусору. Другой вопрос: кто готов заняться этим на практике?

«Зелёная» повестка дня и жёсткое квотирование выбросов углерода заставляют создавать на производствах системы улавливания и переработки CO₂. Без катализаторов процесс переработки углекислого газа крайне неэффективен, но к самим катализатором также есть вопросы. Они либо используют драгоценные металлы и эффективны, но стоят очень дорого, либо создаются из широко распространённых металлов и дёшевы, хотя и с низкой эффективностью.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Научный коллектив НИТУ «МИСиС» смог создать достаточно недорогой катализатор для переработки углекислого газа (CO₂) в угарный газ (CO) и вынашивает планы дальнейшего преобразования угарного газа в углеводородное топливо. Тем самым российские учёные планируют не только влиять на углеродный след промышленности, но также получать попутно топливо для повторного использования.

В предложенном катализаторе на основе наночастиц железа доля драгоценного металла (платины) снижена до менее 1 атомного процента. Проблема с катализаторами на основе наночастиц железа и платины была в том, что при нагреве до рабочих температур в 350 °C наночастицы сливались в островки и тем самым снижали эффективность катализаторов. Распределение наночастиц в материале катализатора резко снижалось, и говорить об эффективности уже не приходилось.

Открытие учёных заключается в том, что они разработали техпроцесс «окукливания» наночастиц железа и платины в оболочки из нитрида бора. Опыты показали, что в такой обёртке наночастицы увеличиваются в размерах не очень сильно: в среднем с 2 нм до 8 нм. Это позволяет недорогому катализатору на основе железа долго оставаться эффективным. Если сравнивать разработку с современными аналогами катализаторов на основе железа, то новый катализатор показывает рост конверсии CO₂ в 10–15 раз и достигает 25 % при температуре 350 °C.

На этом эксперименты не закончились. Учёные будут искать возможность дальнейшее превращения CO в углеводородное топливо, чтобы замкнуть процесс улавливания углекислого газа до получения более удобного в обращении горючего. Добавим, работа была опубликована в международном научном журнале Journal of Catalysis и доступна по ссылке.

Международная команда ученых синтезировала новый термоэлектрический сплав на основе железа, ванадия и сурьмы, удачно модифицировав его тяжелыми металлами. Сообщается, что эффективность преобразования тепла в электричество с использованием нового сплава выросла более чем в два раза при комнатной температуре и намного больше при высоких температурах. Для утилизации мусорного тепла могут открыться новые горизонты.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Тепла вокруг в избытке, если учесть, что в подавляющем большинстве случаев оно просто улетучивается в атмосферу. Исследователи давно пытаются найти эффективный способ добычи электричества от улавливания тепловой энергии, но она пока колеблется в диапазоне до 10 % и то при очень высоких температурах. В новом исследовании учёные изучали модификацию так называемого половинного сплава Гейслера, в котором три элемента — железо, ванадий и сурьму — дополнительно легировали тяжёлыми металлами гафнием, титаном и ниобием.

Эффективность термоэлектрика в целом зависит от трёх физико-химических характеристик сплавов: от фактора мощности, электро- и теплопроводности. Чем выше фактор мощности и электропроводность, и ниже теплопроводность, тем лучше и эффективнее материал. Но добиться оптимального баланса непросто.

«Ученые из НИТУ "МИСиС", Университета Сохаг, Университета имени Короля Сауда и МГУ им. М.В. Ломоносова предложили метод снижения теплопроводности таких сплавов путем тройного легирования матрицы тяжёлыми металлами, такими как гафний, титан и ниобий. В ходе исследования опытные сплавы были синтезированы путем плавления с последующим размолом и спеканием. Термоэлектрические свойства полученных образцов затем были исследованы при температурах от 27 до 527 ℃», — сообщается в пресс-релизе НИТУ «МИСиС».

Изучение образцов показало, что легирование настолько снизило теплопроводность сплава, что эффективность преобразования тепла в электричество при комнатной температуре подскочила в два раза. Это может оказаться верным путём к появлению коммерческих образцов термоэлектрических преобразователей. В любом случае исследователи показали перспективное для отрасли направление и оно достойно пристального внимания со стороны промышленности.

Ответ на одну из загадок Вселенной о полном дисбалансе вещества и антивещества будут искать в новых экспериментах на Большом адроном коллайдере (БАК) с помощью детектора LHCb. Для этого и других экспериментов БАК переводится в режим повышенной светимости, что означает рост радиоактивности из-за увеличения количества соударений частиц в секунду. В таких условиях старые датчики малоэффективны, что поможет обойти российская разработка.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Учёные НИТУ «МИСиС» разработала новую технологию производства абсорбера для электромагнитного калориметра эксперимента LHCb. Абсорбер или поглотитель состоит из металлической секции в виде монолитной болванки со строго расположенными сквозными отверстиями. Допуск составляет 50 мкм. Это наложило крайне жёсткие требования на материал, который не должен допускать усадки в процессе литья. В ходе подбора материала идеальным оказался сплав свинца, сурьмы и олова.

Для проверки датчиков были выбраны сцинтилляционные волокна на основе полистирола, производства НИЦ «Курчатовский институт» ИФВЭ, г. Протвино. Такие волокна испускают свет при попадании в них продуктов распада частиц после соударения. Этот подход позволяет измерить энергию и траекторию движения частиц после разрушения протонов, встретившихся в БАК на скорости близкой к скорости света на встречных курсах.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Предложенные российскими учёными датчики выгодно отличаются от старых тем, что они монтируются кассетами и могут легко заменяться на новые после износа. Также они выдерживают большие энергии частиц и способны собирать статистику в новых условиях повышенной светимости. Но в целом новые датчики дополнят работу старых и позволят ещё лучше детализировать результаты экспериментов, а повышенная точность измерений — это путь к новым открытиям. Подробнее на сайте института.

Учёные из НИТУ «МИСиС» разработали уникальный метод синтеза мультиграфеновых пленок при комнатной температуре. Технология позволяет добавлять графен с его уникальными свойствами в порошки легкоплавких металлов. Для авиации и космоса — это настоящая находка. Новые композиционные материалы для производства компонентов методом 3D-печати усилят конструкции аппаратов и придадут им другие интересные особенности.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

«Добавки графена в материалы, используемые в 3D-печати, улучшают механические и функциональные свойства композиционных изделий: повышается их теплопроводность, механическая прочность, электропроводность. Это является актуальной задачей при создании сложных деталей для аэрокосмической промышленности методами 3D-печати», — сообщается в пресс-релизе института.

Один из способов получения графена в промышленных условиях заключается в проведении электрохимической реакции, но высокотемпературные процессы от 500 до 700 °C не позволяют осаждать его на легкоплавкие металлы, например, на алюминий. Тем самым круг создания уникальных композитных материалов сильно сужается, а ведь тот же алюминий — это классический «крылатый» металл, широко применяющийся в аэрокосмической отрасли.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Учёные из России сумели разработать технологию электрохимического производства графена при температуре 25–30 °C и дали жизнь композитам из лёгких металлов и графена. Это повысит прочность новых материалов, их теплопроводность и электропроводность и выведет 3D-печать деталей и составных частей атмосферных и космических аппаратов на новый уровень. Чуть подробнее о разработке можно прочесть на сайте института. Также об исследовании сообщено в статье в издании Materials Chemistry and Physics.

Среди европейских столиц Москва стала не только самой обеспеченной городским аккумуляторным электротранспортом, но также может стать серьёзным поставщиком ценных металлов, включая литий. Откуда источник? Из отработанных литиевых аккумуляторов, безопасно вскрывать и перерабатывать которые предлагают учёные из НИТУ «МИСиС».

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Согласитесь, при столь большом и растущем парке электробусов, которых уже свыше 600, а будет ещё в три–четыре раза больше, а также после появления грузового электротранспорта, не говоря уже о прокате электросамокатов и появления на улицах личных электромобилей, объём отработанных литиевых батарей в Москве и регионе будет расти как ком летящего с горы снега.

Просто вывести на мусорный полигон литиевые батареи нельзя, а вскрывать и перерабатывать без специальных технологий и инструментов крайне опасно. Поэтому учёные НИТУ «МИСиС» создали установку и разработали техпроцесс, который позволил бы встроить комплекс по переработке литиевых батарей в существующие технологические цепочки на предприятиях без значительных вложений в переоборудование.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

«Существует более 56 электрохимических систем, выпускаемых промышленностью, и для каждой из них сегодня необходим свой метод вскрытия и извлечения полезных компонентов, который должен быть не только эффективным, но и безопасным», — говорит д.т.н., профессор, директор Центра инжиниринга промышленных технологий НИТУ «МИСиС», Вадим Тарасов.

«Представленная технология позволяет без риска взрыва безопасно извлекать литий и диоксид марганца из аккумуляторных батарей, в том числе из особо взрывоопасных электрохимических систем, к числу которых относятся литий-тионилхлоридные, литий-фторуглеродные и даже в перспективе, литий-азотнокислые химические источники тока, — добавил Тарасов. — Технология представляет собой многоступенчатую цепочку, которая включает в себя извлечение элементов аккумулятора, получение в ходе выщелачивания нержавеющей стали, никеля и титана, и ряда отдельных химических операций по выделению лития из раствора».

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Предложенная учёными вакуумно-криогенная установка для вскрытия аккумуляторов является уникальной и защищена патентом. По оценкам разработчиков, технологию реально внедрить на предприятиях Московского региона уже в 2021–2022 годах.

Научный коллектив НИТУ «МИСиС» вместе с итальянскими коллегами представил улучшенную версию солнечных батарей на основе перовскитов. В ходе исследования учёные выявили присадки (модификаторы), которые без заметных затрат и усложнения техпроцессов повышают КПД панелей и улучшают стабильность отдаваемой мощности.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Перовскит считается одним из самых перспективных материалов для солнечных панелей будущего. На его основе можно выпускать тончайшие многослойные солнечные элементы, которые можно наносить хоть на оконные стёкла, хоть на элементы архитектуры любой кривизны. При этом важно отметить, что панели на основе перовскита можно будет печатать струйным способом, избегая использования дорогих вакуумных установок и другого сложного промышленного оборудования.

Для повышения КПД перовскитных солнечных элементов исследователи подмешали в рабочий раствор для нанесения плёнок так называемые максены (MXenes). Максены — это тончайшие (фактически — двумерные) карбиды титана с высокой электропроводностью. Максены производятся путём травления и отшелушивания атомарно тонких слоёв предварительно нанесённого алюминия на слоистые шестиугольные карбиды и нитриды. Их производство довольно простое.

Созданные на основе предложенного состава фотоэлементы показали повышенные характеристики с эффективностью преобразования мощности, превышающей 19 %, что на 2 % больше мощности аналогов. Предложенный подход может быть легко масштабирован до формата модулей и панелей большой площади, поскольку легирование MXenes (максенами) не меняет технологическую цепочку производства и осуществляется только на первичном этапе создания растворов для нанесения.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

«В работе мы демонстрируем полезную роль легирования MXenes как для фотоактивного слоя, так и для слоя переноса электронов в транспортных слоях фуллеренов перовскитных солнечных элементов на основе оксида никеля, — рассказала соавтор исследования, сотрудник лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ «МИСиС», аспирант Анастасия Якушева. — Добавление максенов позволяет, с одной стороны, легко настраивать выравнивание уровней энергии на границе перовскит/фуллерены, а с другой стороны, контролировать концентрацию дефектов в структуре ячейки, что, в свою очередь, улучшает сбор фототока».

Ученые НИТУ «МИСиС» и Российского квантового центра вместе со своими зарубежными коллегами спроектировали и создали самый быстрый и доступный квантовый генератор случайных чисел. Технология может лечь в основу производства коммерческих генераторов случайных чисел, применяемых в криптографии и для моделирования сложных систем.

Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Генераторы случайных чисел как важнейшая составляющая многих алгоритмов, включая алгоритмы шифрования и численного моделирования, обещают оказаться востребованной продукцией для целого спектра областей. Во-первых, это шифрование данных, дешифровке которых угрожают квантовые вычислители. Во-вторых, это использование в научных экспериментах. В-третьих, сфера искусственного интеллекта. И этими тремя позициями спрос на истинные генераторы случайных чисел не ограничивается.

Лабораторная установка. Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

Новый метод генерации истинно случайных чисел предложили ученые НИТУ «МИСиС», РКЦ, Окфордского университета, Голдсмитского колледжа и Свободного университета Берлина. Он основан на использовании квантовых свойств фотонов, подделать или предсказать которые нельзя. Более того, учёные также предложили метод сертификации в реальном времени полученных оптическим генератором случайных чисел и достигли в этом рекордных показателей — 8,05 Гбайт/с.

Блок-схема установки. Источник изображения: публикация в Physics Review X

Предложенная установка выглядит следующим образом. Недоверенный источник фотонов (лазер) подаёт излучение на один из двух входных портов светоделителя. На второй порт не подаётся ничего. На выходах светоделителя расположены фотодетекторы. Поскольку светоделитель симметричный, фотон с одинаковой и непредсказуемой вероятностью попадёт либо на один детектор, либо на другой. Данные с датчиков проходят АЦП и подаются на схему, которая подсчитывает фотоны и генерирует истинное случайное число. Истинность его подтверждается входным несимметричным светоделителем и фотодетектором, которые ведут подсчёт фотонов, прошедших в систему.

Блок-схема электронной части генератора случайных чисел. Источник изображения: публикация в Physics Review X

«Технология может лечь в основу производства коммерческих генераторов случайных чисел, применяемых в криптографии и для моделирования сложных систем. Результаты исследования опубликованы в журнале Physics Review X», — сообщается в пресс-релизе НИТУ «МИСиС».

Примером использования подобных генераторов может служить запущенная в начале этого месяца в Китае услуга зашифрованных квантовым шифрованием мобильных звонков. В много меньшем масштабе генерируемые квантовым методом случайные числа используются в «квантовом» смартфоне Samsung, что также подтверждает потенциальный спрос на подобную продукцию.

Около пятнадцати лет в России производятся однопиксельные счётчики одиночных инфракрасных фотонов собственной разработки. Эти решения открывают путь к квантовой связи и к квантовым компьютерам. А если из таких датчиков собрать матрицу из сотен или тысяч пикселей, то появится возможность сверхчувствительной инфракрасной видеосъёмки и масса новых применений в медицине, науке, сфере безопасности и не только. В России такую матрицу сделали.

Прототип камеры. Источник изображения: НИТУ «МИСиС»

В основе прототипа сверхчувствительной инфракрасной видеокамеры лежит разработка российского физика Григория Гольцмана на базе Центра НТИ «Квантовые коммуникации» НИТУ «МИСиС». В начале 2000-х Гольцман предложил однопиксельный счётчик одиночных инфракрасных фотонов и создал компанию «Сконтел» для коммерческого продвижения разработки. Датчики «Сконтел» успешно используются в опытной российской аппаратуре для организации распределения квантовых ключей в защищённой связи. Но теперь учёный с коллегами пошёл дальше — они намерены создать видеокамеру со сверхчувствительной матрицей на 1000 пикселей.

Подобная камера, если её сделать, позволит не только видеть практически в полной темноте, но даже «смотреть» сквозь горные породы и тело человека, показывая, соответственно, расположение минералов и раковых опухолей. Также массивы сверхчувствительных пикселей помогут продвинуться в создании квантовых компьютеров и систем квантовой связи.

Представленный сегодня группой разработчиков «МИСиС» прототип состоит всего из восьми пикселей. На следующем этапе учёные планируют создать 1000-пиксельную матрицу, принцип организации и управления которой они как раз обкатывают на восьмипиксельном прототипе. Но даже на этапе прототипа, сообщают исследователи, аналогов этой разработке в мире сегодня нет.

Для получения изображений с камеры с большим разрешением, чем допускает матрица, учёные собираются применить интересный метод фиксации фотонов. Для этого матрица будет последовательно закрываться разными шаблонами, а результирующее изображение будет получено после суммирования всех паттернов. Таким образом 1000-пиксельная матрица может вывести картинку, состоящую из миллиона пикселей, и на это уйдёт довольно мало времени. Это особенно важно для приборов медицинского назначения, помогающих диагностировать онкологические заболевания.

Стало известно о том, что специалисты Национального исследовательского технологического университета МИСиС будут участвовать в разработке дизайна альтернативного скафандра для экипажа российского космического корабля «Орёл». Об этом сообщает РИА Новости со ссылкой на главу Инжинирингового центра прототипирования высокой сложности «Кинетика» НИТУ МИСиС Владимира Пирожкова.

Напомним, разработкой лётного скафандра для экипажа корабля «Орёл» занимаются специалисты Научно-производственного предприятия «Звезда». В прошлом году уже демонстрировался прототип скафандра. Владимир Пирожков подтвердил, что специалисты НИТУ МИСиС и НПП «Звезда» будут сотрудничать в рамках разработки дизайна альтернативного скафандра.

«С НПП „Звезда” мы плодотворно работали. Это очень серьёзное предприятие со славной историей. Потом был перерыв в сотрудничестве. Но альтернатива всегда существует. И в альтернативной версии мы постараемся принять активное участие», — сказал господин Пирожков.

О том, какая именно компания может представить альтернативный облик скафандра, сказано не было. Однако господин Пирожков дал понять, что это будет изделие отечественного производства. «Этот объект должен быть российским, разумеется. Уверен, такие стратегические изделия нельзя приобретать у Илона Маска или китайских разработчиков», — подчеркнул господин Пирожков.

Напомним, пилотируемый космический корабль «Орёл» ранее разрабатывался под именем «Федерация». Он будет использоваться для доставки людей и грузов к Луне, а также на орбитальные станции, располагающиеся на околоземной орбите.