Когда говорят о российской науке, часто жалуются на недостаток финансирования. Но стоит появиться деньгам – сразу подозревается распил. Нет денег – плохо, есть – тоже плохо. Парадокс. Одна из его причин – в нехватке информации об организации разработок и о принципах венчурного финансирования в этой сфере. Сейчас как раз есть повод рассказать о перспективном проекте на стыке квантовой и нанотехнологии, финансируемом в России и довольно показательном с точки зрения инвестиций.
В прошлом году совместно с Сергеем Белоусовым и Ильей Зубаревым мы основали международный венчурный фонд QWave. Его стратегия – вложения в перспективные квантовые технологии на раннем этапе их коммерциализации. На днях наш фонд объявил о первом на российском рынке инвестиционном проекте: 10 млн рублей вложено в компанию «Фотонные нано-мета технологии» (ФНМТ), которая в декабре получила также грант фонда «Сколково» в размере 30 млн рублей. Все эти средства пойдут на разработку совершенно конкретного устройства – источника одиночных фотонов, необходимого для квантовой информатики в целом и систем криптографии в частности.
Источники, выдающие фотоны поштучно, производятся уже давно, но все они имеют серьезные недостатки. В большинстве таких устройств лазерный луч «нарезается» на очень короткие импульсы – в каждом по одному фотону. Однако из-за вероятностной природы квантовых явлений неизбежно попадаются импульсы, содержащие пару фотонов. А это порождает ошибки в любой информационной системе и теоретически делает систему квантовой криптографии уязвимой (хотя практически реализовать эту уязвимость при сегодняшнем уровне развития технологии невозможно).
Однофотонные источники без такого «двоения» выпускаются единственной фирмой – Quantum Communications Victoria из Австралии, но им свойственны другие недостатки. Они дают не более 100–150 тысяч фотонов в секунду – мизер в сравнении с сотнями миллионов битов, передаваемых за секунду по оптоволокну. Кроме того, прибор у них довольно громоздкий – размером с целый компьютер.
Компания ФНМТ намерена за два года создать источник, выдающий фотоны без «двоения» и с частотой до миллиарда штук в секунду. Причем он будет таким крошечным, что его можно встроить в микросхему. Это упростит разработку телекоммуникационного оборудования, способного поддерживать квантовую криптографию, и станет важным шагом к ее широкому применению. По нашим оценкам, годовой объем продаж однофотонных источников в мире уже сейчас составляет около 100 млн долларов. Если разработка окажется успешной, то она по всем параметрам будет качественно превосходить существующие на сегодня модели. Так что вполне можно захватить 10–20% этого быстро растущего рынка. А в перспективе такие источники понадобятся для оптических и квантовых компьютеров.
Но как небольшая российская фирма сможет так быстро и недорого создать уникальное техническое решение мирового уровня? Тут надо понимать, что в науке ничто и никогда не делается с нуля. Любая разработка, будь она теоретическая, экспериментальная или инженерная, опирается на уже освоенные методики и технологии. И в данном случае такой опорой служат наработки родительской компании – американской Nano-Meta Technology (NMT), которая специализируется в области создания оптических метаматериалов. Ее научные руководители – ведущие мировые эксперты в этой сфере – Владимир Шалаев из Университета Пердью (он, кстати, член исполнительного комитета Российского квантового центра в «Сколково») и Василий Климов из ФИАН им. Лебедева.
Метаматериалы имеют сложную внутреннюю структуру с многократно чередующимися зонами разного состава. Свет начинает необычно вести себя в такой среде, если размеры зон сопоставимы с длиной его волны, то есть составляют десятки и сотни нанометров – отсюда и «нано-мета» в названиях обеих компаний. Некоторые метаматериалы, например, резко повышают эффективность преобразования электрической энергии в излучение, что можно использовать для улучшения характеристик светодиодов; другие, наоборот, – способствуют преобразованию света в движение зарядов, это может помочь в совершенствовании солнечных батарей.
Компания «Фотонные нано-мета технологии» формально учреждена как дочернее предприятие, а фактически просто подразделение NMT, специально предназначенное для того, чтобы на базе «Сколково» решить строго определенную задачу: довести до коммерческого образца уже существующий лабораторный прототип однофотонного источника с использованием соответствующих метаматериалов.
В основе разработки лежат свойства микрокристаллов алмаза с особыми дефектами – азотными вакансиями. При освещении таких кристаллов лазером, они спонтанно испускают одиночные фотоны с длиной волны 700 нанометров (красный свет). Все это уже действует, но работы предстоит еще много. Например, надо в сотни раз уменьшить размеры используемых кристаллов алмаза – с 10 микрон до 30 нанометров, иначе их нельзя встраивать в чипы. Еще важнее поднять темп генерации фотонов. Сейчас он ограничен задержками при спонтанном излучении, из-за которых не удается получать более 150 тысяч фотонов секунду. Но эксперименты показали, что правильно подобранный метаматериал подложки позволяет в десятки, если не в сотни раз ускорить «выталкивание» из алмаза этих спонтанных фотонов, а заодно может еще и задавать поляризацию излучения. Прототип пока работает только в непрерывном режиме, однако готовая модель должна для экономии энергии выдавать фотоны «по требованию»: посветил лазером – получил. Ну а для более быстрой накачки кристалла энергией, поверх того же метаматериала будут располагаться специальные наноантенны, улавливающие излучение питающего лазера.
Этот пример очень хорошо иллюстрирует, что представляет собой в наукоемкой технологии осуществляемое фондом QWave «инвестирование на ранней стадии». Эту формулировку порой ошибочно понимают как вложение денег в голую идею. На самом же деле у команды должны быть значимые наработки: действующий прототип, эксперименты, патенты. Инвестиции направляются на то, чтобы из лабораторного демонстратора сделать жизнеспособную технологию, а не на первичные научные исследования, которые могут дать или не дать прикладной результат. Иными словами, основные риски этих вложений связаны не с наукой, а с решением инженерных и маркетинговых задач на пути, который научно уже проверен.
Источник: slon.ru