Взрывной интернет: в России разработали новый материал для сверхскоростной передачи данных

В статье журнала Nature Partner Journal Quantum Information рассказывается, что использование карбида кремния сможет сделать передачу данных через квантовый интернет такой же эффективной, как и по обычным сетям.

Квантовые компьютеры — задача для ученых из ведущих университетов и компаний всего мира. Предполагается, что такие машины сделают разгадку алгоритмов шифрования мгновенной. Современный сверхмощный компьютер тратит на подобные задачи годы, а квантовому потребуется меньше секунды. Естественно, параллельно ищутся способы защитить данные от такого взлома.

Квантовая криптография — то, что обеспечит принципиально новый способ передачи данных и их неуязвимость для взлома. Защищать их будут не сложные алгоритмы шифровки, а законы квантовой физики. Информация передается квантами света — фотонами. Если использовать одиночные фотоны, то сделать копию неизвестного квантового состояния нельзя, не изменив оригинал. А значит, украсть данные незаметно никак не получится.

Основная проблема скоростной передачи данных таким путем состоит в поиске подходящего материала. До сих пор не удавалось подобрать подходящий, который бы работал быстро и эффективно, не требуя дополнительных (и часто невыполнимых) условий. Например, квантовые точки эффективно работают только при сверхнизких температурах — около −200 °C, а двумерные материалы, например, графен, не испускают фотоны с нужной частотой.

Российские физики из МФТИ вспомнили об уже неиспользуемом сегодня в оптоэлектронике материале — карбиде кремния. В 20-е годы ХХ века именно на его основе были созданы первые в мире светодиоды, а через полвека карбид полностью вытеснили прямозонные полупроводники.

«В 2014 году мы практически случайно обратили внимание на карбид кремния и сразу же высоко оценили его потенциал», — отмечает старший научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники Дмитрий Федянин. В 2015 году австралийские ученые впервые смогли добиться однофотонной электролюминесценции, и вот теперь Федянин и его коллеги нашли способ усовершенствовать карбид-кремниевый однофотонный светодиод. Их теория поможет повысить скорость излучения фотонов до нескольких миллиардов в секунду. Это позволит реализовать протоколы квантовой криптографии для скорости около 1 Гбит/с. Кроме того, так как такие карбид-кремниевые источники совместимы с КМОП-микросхемами, они значительно опережают конкурирующие материалы. В сумме это серьезная заявка на решение проблемы низкой пропускной способности квантовых линий связи. А значит, быстрый и сверхзащищенный квантовый интернет может стать реальностью в самое ближайшее время.