Квантовая сверхпроводимость и метаматериалы: на Форуме будущих технологий представлены разработки МИЭМ ВШЭ

© future-forum.tech

В этом году главной темой Форума будущих технологий, на котором выступил президент России Владимир Путин, стали новые материалы и химия. В работе форума приняли участие ученые Высшей школы экономики. Профессор, директор Центра квантовых метаматериалов МИЭМ НИУ ВШЭ Алексей Вагов рассказал о разработках в области квантовой сверхпроводящей электроники, а также о создании высокоэнтропийных материалов для хранения энергии и солнечных панелей на перовскитах.

Форум будущих технологий — дискуссионная площадка, посвященная развитию в России наукоемких технологий. В этом году около 2 тысяч ученых, руководителей крупнейших компаний и представителей государства обсуждали тему химии и новых материалов. В пленарной сессии форума принял участие президент России Владимир Путин.

«Совершенно очевидно: чтобы быть в числе лидеров по ключевым направлениям научно-технологического развития, а именно такую задачу мы ставим перед собой, нам нужно добиться в том числе превосходства в области химии и создания новых материалов, — подчеркнул глава государства. — Это означает, что нужно предлагать конкурентные и по цене, и по качеству, а главное — инновационные решения и продукты, иметь собственные, уникальные технологические ключи, которые позволят выпускать, экспортировать на глобальные рынки не первичное сырье, а продукцию самых высоких стандартов».

В работе форума приняли участие представители Вышки. На сессии «Квантовые технологии: на рубеже возможностей» выступили директор Центра биоэлектрических интерфейсов Института когнитивных нейронаук Алексей Осадчий и директор Центра научно-технологического прогнозирования ИСИЭЗ Александр Чулок. Алексей Вагов, директор Центра квантовых метаматериалов МИЭМ, сделал доклад на сессии «Метаматериалы — ключ к технологиям будущего». Он представил исследования, которые ведут ученые университета в сотрудничестве с МИФИ и МФТИ. Главное направление — это сверхпроводимость и ее применение в электронике.

Алексей Вагов

«На мой взгляд, сегодня выделяется очень важное направление исследований, которое можно определить как “квантовая сверхпроводящая электроника”. В частности, в нашем центре мы именно этим и занимаемся», — отметил Алексей Вагов. Можно ли сделать квантовый диод? Ученые отвечают на этот вопрос положительно. Хотя исследования в этой области до сих пор носят фундаментальный характер, сам диодный эффект, когда внутри прибора в противоположные стороны движутся разные токи, уже продемонстрирован.

«Или, например, можно ли сделать сверхпроводящий прибор, в котором ток будет зависеть от приложенного магнитного поля, когда ток управляется магнитным полем? Приложили одно магнитное поле — потек один ток, приложили другое магнитное поле — потек другой. Или, к примеру, зависимость тока от контролируемого света: можно ли говорить о возможности появления преобразователя света в ток? Можем ли мы все это сделать или нет — большой вопрос, но мы сейчас вплотную подошли к исследованиям в этом направлении, применяя квантовую физику», — говорит ученый.

© Высшая школа экономики

Алексей Вагов выделил два основных трека, где исследования достигли того уровня, который позволяет уже сегодня создавать работающие технологии. Первый — все, что связано с созданием квантовых детекторов для квантовой передачи самой разнообразной информации. В самостоятельную отрасль выделилось создание однофотонных детекторов — направление, которое в МИЭМ представлено научной группой Григория Гольцмана. Еще один вид детекторов, уже применяемых сегодня, — сверхточные квантовые детекторы магнитного поля, которые используются, например, при поиске полезных ископаемых.

Второе направление — применение сверхпроводимости в квантовых вычислениях. Здесь можно выделить два основных исследовательских трека. Первый — флюксониевые вычисления для точного измерения магнитных полей. Второй — вычисления квантовых состояний с топологическими свойствами.

Кроме того, Алексей Вагов представил работы, которые ведутся в Центре квантовых метаматериалов МИЭМ в области сверхпроводящих метаматериалов без применения квантовых методов.

«Мы сейчас разрабатываем солнечные панели на перовскитах, задача которых — хорошее поглощение света. Нам нужно сделать такой материал, где дефекты будут стабильными. Мы не можем дефекты совсем убрать, но мы можем сделать так, чтобы не было “плавающих” дефектов. Второе направление — создание высокоэнтропийных материалов для хранения энергии. Это очень интересный пример задачи, когда нам важна не упорядоченность структуры материала, а, напротив, разупорядоченность, — рассказывает Алексей Вагов. — Очень часто так бывает, что именно беспорядок в структуре материала делает сверхпроводимость в нем более эффективной, и вопрос состоит не в том, как сделать “чистую” структуру, а в том, как сделать “грязную”, но с заданными параметрами “грязи”. Опыт и данные исследований показывают, что мы стоим на пороге того, что уже в недалеком будущем катоды в ион-литиевых батареях будут заменены на высокоэнтропийные материалы».