Результаты работ по этапу № 1 проекта 14.586.21.0007, выполняемого в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы»

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.586.21.0007
Тема: «Разработка и исследование нового поколения квантово-криптографических систем на основе сверхбыстрых и сверхчувствительных гибридных сверхпроводниково-нанофотонных компонентов».
Приоритетное направление: Информационно-телекоммуникационные системы.
Критическая технология: Технологии информационных, управляющих, навигационных систем.
Период выполнения: 25.08.2014 – 30.12.2016
Плановое финансирование проекта: 62 млн. руб.

Бюджетные средства 31 млн. руб.
Внебюджетные средства 31 млн. руб.

Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский педагогический государственный университет».
Индустриальный партнер: Технологический институт г. Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology), Германия.
Ключевые слова: квантовая криптография, интегральная оптика, нанотехнологии, нанофотоника, сверхпроводниковый однофотонный детектор, волноводный сверхпроводниковый однофотонный детектор, гибридные сверхпроводниково — нанофотонные устройства.

Цель прикладного научного исследования и экспериментальной разработки

Целью выполнения прикладных научных исследований является разработка действующего прототипа квантово-криптографической системы связи, основанной на протоколе связи BB84 с поляризационным кодированием сигнала и использованием ловушечных состояний, с предельной дальностью до 320 км с использованием волноводных сверхпроводящих однофотонных детекторов (WSSPD) с улучшенными характеристиками.

Результаты выполнения первого этапа:

Российский исполнитель
1.1 Подготовлен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках прикладных научных исследований.
1.2 Проведены патентные исследования и составлен отчёт о патентных исследованиях в соответствии ГОСТ Р 15.011-96 «Система разработки и постановки продукции на производство. Патентные исследования. Содержание и порядок проведения».
1.3 По результатам аналитического обзора и отчёта о патентных исследованиях подготовлено обоснование и выбрано направления исследований волноводных сверхпроводниковых однофотонных детекторов на чипе (WSSPD) для создания на его основе лабораторной модели системы распределения квантового ключа на основе протокола BB84 с поляризационным кодированием сигнала и использованием ловушечных состояний.
1.4 Разработаны программы и методики по измерению основных характеристик нанофотонных устройств: нановолноводы, дифракционные элементы связи(порты), делители излучения при комнатной температуре, получены результаты моделирования отдельных узлов экспериментальной измерительной установки.
1.5 Поставлена технология осаждения пленки NbN на слой Si3N4 многослойной подложки и формирования на её основе меандра с заданными характеристиками.

Зарубежный партнёр
1.1 Проведена успешная адаптация существующих численных методов моделирования к поставленной задаче по созданию нановолноводов, дифракционных элементов связи(порты), делителей излучения.
1.2 Разработаны основные технологические процессы изготовления нанофотонного диэлектрического волновода, дифракционных элементов связи(порты), делителей излучения на основе многослойной диэлектрической подложке.
1.3 С помощью численных инструментов (метод конечных разностей во временной области (FDTD), метод конечных элементов (FEM), метод расширения плоской волны (PWE) и метод анализа согласованных мод (CMA)) построены модели работы и в соответствии с моделями проведена оптимизация структуры оптических компонентов под требования проекта, включающих в себя нановолноводы, дифракционные элементы связи(порты), делители излучения.