Низкошумящий детектор одиночных фотонов для дальнепролетных систем

Актуальность и необходимость

Классические КРК-системы с использованием полупроводниковых детекторов одиночных фотонов ограничены дальностью порядка 50–60 км при потерях 20 дБ из-за шумов и ограниченной чувствительности детекторов. Для увеличения дальности традиционно применяются сверхпроводниковые детекторы (SPD), требующие охлаждения до температур 4 К (—269 °C), что делает их непригодными для промышленной эксплуатации вне лабораторий. Создание компактного, надежного и эффективного детектора на основе полупроводниковой технологии позволяет значительно увеличить расстояния между узлами сети (до 100–150 км) без использования сложных криогенных систем, что критически важно для построения магистральных квантовых сетей на большие расстояния.

Суть технологии

Детектор представляет собой компактное устройство, внутри которого установлен лавинный фотодиод — полупроводниковый чип размером 3 × 3 мм. Для снижения шумов применяется глубокая термостабилизация с помощью достаточно надежной холодильной машины, обеспечивающей температуру до —100 °C. Высокочастотная электроника и точная настройка режимов позволяют достичь уровня темновых отсчетов — 15–20 Гц. Для сравнения: у швейцарского аналога ID Quantique 230 паспортное значение — 55 Гц. Параметры оптимизированы для работы в линиях с затуханием до 30 дБ, что эквивалентно примерно 150 км стандартного оптоволокна.

Ключевые преимущества и эффект от внедрения

Увеличенная дальность связи

Применимость в реальных, не лабораторных условиях

Используется охлаждение с помощью промышленных холодильных машин (порядка —100 °C), без жидкого азота и громоздких криостатов, что делает устройство пригодным для эксплуатации на магистральных линиях связи.

Конкурентоспособные характеристики

По уровню шумов детектор превосходит известный швейцарский аналог ID Quantique 230 и не уступает коммерческим образцам производителей.

Импортозамещение

Фото: Production Perig/Shutterstock/FOTODOM

Мировой контекст

За рубежом существуют как сверхпроводниковые детекторы, которые применяются в лабораторных экспериментах, так и полупроводниковые детекторы для квантовых коммуникаций. Однако промышленных дальнепролетных детекторов на полупроводниковой основе с заявленными характеристиками (потери до 30 дБ) в открытой продаже немного. Разработанный в России детектор по параметрам не уступает зарубежным аналогам, а по уровню шумов даже превосходит некоторые из тех, что поставлялись на российский рынок ранее.

Российская реализация

Исполнителем опытно-конструкторских работ выступил Санкт-Петербургский политехнический университет. Проект был успешно завершен в декабре 2025 года. Разработанный детектор прошел лабораторные и стендовые испытания, подтверждена его способность работать в линиях с затуханием до 30 дБ. В настоящее время ведутся работы по внедрению изделия в оборудование российских вендоров (Т8, «СМАРТС-Кванттелеком», QRate). Планируется также замена импортного фотодиода на отечественный из параллельного проекта для полной локализации.

Текущий статус и перспективы

Опытно-конструкторские работы завершены, получен опытный образец. Сейчас изделие проходит дополнительные исследования совместно с вендорами для адаптации к конкретным КРК-системам. В планах – модернизация электроники и системы охлаждения для улучшения компоновки и миниатюризации. Разработка позволит использовать дальнепролетные детекторы в магистральных сетях.

Высокоскоростной шифратор с поддержкой квантового распределения ключей

Первое в России сертифицированное устройство такого класса.

25.03.2026

/ #шифратор

Образец системы квантового распределения ключей на непрерывных переменных с использованием балансного детектора

Исследование возможность снижения стоимости систем КРК за счет отказа от детекторов одиночных фотонов