Научные результаты:
- Впервые в России измерен сверхпроводниковый кубит – основной элемент для построения квантовых компьютеров (2013 г.).
- Впервые в мире реализован квантовый метаматериал из 20 сверхпроводниковых потоковых кубитов (2014 г.).
- Совместно с коллегами из МФТИ и ИФТТ РАН изготовлен и успешно испытан первый российский сверхпроводниковый кубит (2015 г.).
- Разработана аналитическая модель спирального резонатора и исследованы метаматериалы на основе спиральных резонаторов (2016 г.).
- Впервые в мире исследованы двумерные массивы сверхпроводниковых мета-атомов с резонансными частотами в СВЧ-диапазоне и обнаружена их синхронизация (2015 г.).
- Разработан новый тип сверхпроводниковых кубитов – так называемые «зеркальные кубиты», и метаматериал на их основе (2017 г.).
- Разработана концепция нового сверхпроводящего болометра с микроволновым считыванием для применений в радиоастрономии (2017 г.).
- Создан принципиально новый тип сверхпроводящего кубита, основанный не на джозефсоновском переходе, а на сплошной сверхпроводящей нанопроволоке (2018 г.).
- Создан первый отечественный двухкубитный квантовый сверхпроводниковый процессор, на котором продемонстрирован квантовый алгоритм Гровера – решение задачи перебора (2019 г.).
- Разработан одномерный топологически нетривиальный квантовый метаматериал, описанный моделью Су-Шриффера-Хигера, на основе массива из 11 сверхпроводниковых кубитов (2020 г.).
- Реализован двухкубитный квантовый процессор с перестраиваемым взаимодействием между кубитами, на котором продемонстрированы однокубитные вентильные операции с точностью более 99,97% и двухкубитные вентильные операции с точность более 99,2% (2021 г.).
- Впервые в мире был продемонстрирован оптический отклик сверхпроводящего терагерцового болометра с электронным газом на основе пленки гафния с СВЧ считыванием и чувствительностью, определяемой фундаментальными пределом при сверхнизкой температуре 400 мК, для применения в радиоастрономии (2021 г.).
Внедрение результатов исследования:
- Изобретение «Усиливающий сверхпроводящий метаматериал», авторы Шитов С.В., Эйсмонт С.В., Устинов А.В., патент РФ № 2579813, дата приоритета 30.12.2014.
- Изобретение «Диэлектрический метаматериал с тороидным откликом», авторы Башарин А.А., Стенищев И.В., патент РФ № 2666965, дата приоритета 19.12.2016.
- Изобретение «Бесконтактный датчик микрорельефа», автор Шитов С.В., патент РФ № 2688902, дата приоритета 25.06.2018.
- Полезная модель «Камера дистанционного температурного контроля», автор Шитов С.В., патент РФ № 188418, дата приоритета 26.12.2018.
- Изобретение «Сверхпроводящий термометр сопротивления», авторы Шитов С.В., Чичков В.И., Меренков А.В., патент РФ № 2756800, дата приоритета 08.12.2020.
- Изобретение «Сверхпроводящий источник высокочастотного шума», авторы Ким Т.М., Шитов С.В., патент РФ № 2757858, дата приоритета 21.04.2021.
- Изобретение «Сверхпроводящий источник термодинамического шума», авторы Ким Т.М., Шитов С.В., патент РФ № 2757756, дата приоритета 20.04.2021.
Образование и переподготовка кадров:
В НИТУ МИСИС создана современная хорошо оснащенная микроволновой и криогенной техникой исследовательская зона, которая включает чистую комнату класса ISO7 и 5 криостатов с низкими и сверхнизкими температурами. Студенты и аспиранты лаборатории на регулярной основе проходят стажировки в лаборатории ведущего ученого А.В. Устинова в Технологическом институте Карлсруэ (Германия) и других университетах и научных центрах в РФ и за рубежом.
Кроме того, студенты проходят интенсивное обучение, посещая лекции, школы и конференции по профилю исследований лаборатории. Среди лекционных курсов можно выделить курс «Сверхпроводящие кубиты», прочитанный ведущим ученым А.В. Устиновым для студентов МФТИ, НИТУ МИСИС, МГУ и других московских ВУЗов в Российском квантовом центре (ноябрь-декабрь 2012 г.), специальный курс для студентов и аспирантов НИТУ МИСИС «Сверхпроводимость и ее высокочастотные применения», прочитанный проф. А.А. Варламовым (апрель-май 2012 г.), курс «Экспериментальные и аналитические методы прикладной сверхпроводимости», читаемый проф. А.В. Карповым магистрантам кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ МИСИС, курс проф. А.В. Устинова «Введение в современные квантовые технологии» для студентов НИТУ МИСИС и МФТИ (2019 г.- н.в.), курс лекций проф. Шитова С.В. магистрантам кафедры теоретической физики и квантовых технологий НИТУ МИСИС «Сверхпроводниковые микросхемы СВЧ: разработка, изготовление и апробация» (2020 – н.в.).
Совместно с кафедрой теоретической физики и квантовых технологий в НИТУ МИСИС проведена международная конференция «Взаимодействие сверхпроводимости и магнетизма в наносистемах» (2015 г.).
В НИТУ МИСИС проведена серия Шмидтовских семинаров (2014–2018 гг.).
Совместно с МФТИ и Российским квантовым центром проведена международная конференция «Сверхпроводниковые квантовые технологии» (г. Москва, 2018 г.).
Организационные и инфраструктурные преобразования:
С созданием лаборатории в НИТУ МИСИС запущен ряд новых инфраструктурных проектов: проект «Физические основы современной микро- и наноэлектроники, включая сверхпроводящую электронику и спинтронику» (под руководством проф. Валерия Рязанова в 2014 г.), «Нелинейная динамика, запутанность и самоорганизация в физике и технологиях» (под руководством проф. Георгиоса Цирониса в 2015 г.), «Сверхпроводящие гибридные структуры и метаматериалы для элементов квантовой электроники» (под руководством проф. Сергея Шитова в 2016 г.), «Возникновение квантовых фаз в материалах со спиновым и зарядовым упорядочением» (под руководством проф. Сиддхарта Саксены в 2017 г.), что позволило лаборатории значительно расширить как объем исследований, так и инфраструктурные возможности для решения экспериментальных задач.
В 2019 году при поддержке Минобрнауки России инфраструктурные возможности лаборатории для решения экспериментальных задач значительно возросли с вводом в эксплуатацию двух криостатов замкнутого цикла «Bluefors» LD250, дополнивших парк криогенного оборудования.
Другие результаты:
- В 2016 г. лаборатория стала одним из ключевых участников первого российского проекта по сверхпроводниковым кубитам «Создание технологии обработки информации на основе сверхпроводящих кубитов» (2016 - 2019 гг.) при поддержке Фонда перспективных исследований, Минобрнауки России и ГК «Росатом». В рамках проекта инфраструктура лаборатории была дополнена самым современным оборудованием для создания и исследования многокубитных схем, включая уникальную установку электронно-лучевого напыления фирмы Plassys и комплекс микроволнового оборудования для проведения СВЧ измерений.
- С 2021 года научный коллектив лаборатории проводит ежегодную международную школу для молодых ученых «Сверхпроводниковые технологии для обработки квантовой информации» (Superconducting Quantum Hardware, SQH) при поддержке Российского научного фонда. Школа предназначена для молодых ученых и начинающих исследователей в области физики, инженерии, квантовых технологий, в том числе аспирантов, студентов магистратуры и старших курсов бакалавриата. Первая школа SQH-2021 прошла в онлайн-формате в рамках конференции ISQT-2021 (г. Москва). Вторая школа SQH-2022 прошла в смешанном формате в рамках VIII Евроазиатского симпозиума «Тенденции в магнетизме» EASTMAG 2022 (г. Казань).
Сотрудничество:
- Технологический институт Карлсруэ (Германия), МФТИ, Российский квантовый центр в Сколково, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук (Россия): совместные исследования и научные мероприятия, студенческие обмены.
- Институт фотонных технологий (Германия), Университет Крита (Греция), Мэрилендский университет (США), Университет Лафборо (Великобритания), Университет Твенте (Нидерланды), Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (Россия): совместные исследования.
