Физики из Московского физико-технического института (МФТИ) предложили использовать для создания быстрого квантового интернета карбид кремния — материал, который сегодня известен как основа для тормозных колодок суперкаров Porsche, Lamborghini и Ferrari, а также для бронежилетов. Исследователи показали, как на его основе можно повысить скорость абсолютно защищённой передачи данных до более чем 1 Гбит/с, сделав её сопоставимой со скоростью работы обычного интернета. Научная статья опубликована в ведущем журнале по квантовым технологиям Nature Partner Journal Quantum Information.
Скрытый потенциал полупроводника-старожила
В современной оптоэлектронике карбид кремния почти забыт, однако именно с него начиналась вся эта область: в нём впервые наблюдалась электролюминесценция в 1920‑е годы, на его основе были созданы первые светодиоды, а в 1970‑е в СССР их выпускали в промышленных масштабах. В 1980‑е карбид кремния был вытеснен прямозонными полупроводниками и сегодня больше известен как сверхтвёрдый и термостойкий материал, из которого делают бронежилеты, электротехнические элементы и тормозные колодки дорогих спорткаров.
Именно этот материал, как выяснили учёные из лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ, обладает уникальным свойством: при электрическом возбуждении его кристаллическая решётка испускает ровно по одному фотону за раз. Это «одиночность» критически важна для квантовой криптографии — если бы система выдавала больше частиц, злоумышленник смог бы перехватить лишние и незаметно скопировать секретный ключ.
Решение, которое приближает квантовый интернет
Старший научный сотрудник МФТИ Дмитрий Федянин вспоминает, что его группа обратила внимание на потенциал карбида кремния ещё в 2014 году, а в 2015 году австралийские учёные впервые зафиксировали однофотонную электролюминесценцию в этом материале. В своей работе Федянин и его коллеги разработали теорию, описывающую свечение дефектов кристаллической решётки (так называемых центров окраски) под действием электричества.
С помощью этой модели они показали, как модернизировать однофотонный светодиод из карбида кремния, чтобы он излучал до нескольких миллиардов фотонов в секунду. Этого достаточно для реализации протоколов квантовой криптографии на скоростях порядка 1 Гбит/с.
КМОП‑совместимость — главный козырь
Другие участники исследования — Игорь Храмцов и Андрей Вишневый — обращают внимание на решающее преимущество карбида кремния: его технологическая совместимость с КМОП‑процессом (стандартом производства большинства современных микросхем). Это означает, что однофотонные источники на его основе можно встраивать в существующую микроэлектронную промышленность без создания полностью новых технологических линий, что кардинально сокращает путь от лаборатории до реального применения.
Для сравнения: большинство современных альтернатив — квантовые точки или двумерные материалы вроде графена — требуют либо сверхнизких температур (порядка –200 °C), либо неспособны к интенсивному и частому излучению при электрической накачке. Карбид кремния же сочетает высокие темпы генерации с работой при комнатной температуре и совместимостью с серийным производством.
Россия уже строит квантовую сеть
Разработка МФТИ приходит в момент, когда квантовые коммуникации в России переходят от экспериментов к реальному развёртыванию. Несмотря на технологические вызовы, в нашей стране уже действует одна из самых протяжённых в мире магистральных квантовых сетей. Крупнейший в стране проект реализует РЖД. К 2026 году квантовая магистраль охватила практически всю европейскую часть РФ — её протяжённость составляет уже почти 7 859 километров. Сеть проходит по 27 субъектам и соединяет 13 городов-миллионников, включая Москву и Санкт-Петербург, а в мае 2026 года к ней подключился и Челябинск. По замыслу разработчиков, такая защищённая сеть должна лечь в основу будущего квантового интернета. К 2030 году её общая протяжённость должна вырасти вдвое — до 15 000 километров.
При этом передача данных по квантовой сети пока всё ещё значительно уступает по скорости обычному интернету: одно из главных ограничений — источники одиночных фотонов, которые сейчас работают слишком медленно. Теоретически расчёты физиков МФТИ позволяют преодолеть это узкое место, и уже сегодня можно говорить о перспективе создания натриево-кремниевых, а в перспективе — полностью отечественных излучателей для промышленных систем квантового распределения ключей.
Ранее, в мае 2026 года, в Нижнем Новгороде был продемонстрирован первый в России полноценный узел квантовой сети, готовый к созданию демонстрационных квантовых компьютеров и прототипированию устройств квантового интернета.
Гонка за технологическое лидерство
Разработка МФТИ вписывается в глобальный тренд поиска оптимального материала для однофотонных излучателей, работающих при комнатной температуре. В мае 2026 года международная группа учёных сообщила о создании эрбий-инфузированных кремниевых чипов на платформе карбида кремния, способных излучать одиночные фотоны в телекоммуникационном С‑диапазоне также без криогенного охлаждения. Это подтверждает, что карбид кремния становится одним из самых востребованных материалов в передовых фотонных технологиях, а российские учёные находятся в авангарде этих исследований.
Российские физики разработали высокоточные детекторы для лечения рака глаза.
Ученые Татарстана нашли бактерии, пригодные для переработки отходов