Дети Гольцмана: как российский физик создал рынок однофотонных счетчиков

«Эта технология началась с меня!» — совладелец компании «Сконтел», профессор Московского педагогического государственного университета (МПГУ) Григорий Гольцман гордится бизнесом, который вырос из его научных разработок. «Сконтел» — глобальный лидер рынка сверхпроводящих счетчиков или детекторов фотонов, то есть элементарных частиц света. Технологией профессора Гольцмана и его учеников пользуются десятки корпораций и университетов по всему миру, а выручка «Сконтела» достигает десятков миллионов рублей. Счетчики — важный элемент оптического квантового компьютера, они могут применяться в медицине, военной промышленности, шифровании информации и космических исследованиях. Журнал РБК изучил историю компании, продукт которой незаметно покорил мир.

Квантовое будущее

Счетчик фотонов выглядит как громоздкий металлический цилиндр, но бóльшую его часть занимает не устройство для счета, а обеспечивающий сверхпроводимость холодильник. Внутри скрыт чип шириной несколько миллиметров, это и есть детектор: на кремниевой подложке вмонтирована невидимая глазу чувствительная полоска сверхпроводника в 100 нанометров, которая «ловит» фотоны.

«Все сердце приемника мы делаем самостоятельно, за исключением подложек: они недорого стоят на стороне, максимум несколько долларов за 1 кв. см», — рассказывает генеральный директор «Сконтела» Константин Смирнов. Собственное производство — это чипы и пакетирование детектора: компания делает оптический ввод излучения и электрический выход с детектора, ответственный за перевод фотонов в электроимпульс. Холодильники, которые на профессиональном жаргоне называются cold head («холодная голова»), «Сконтел» закупает у японской компании Sumitomo. Криостат, обеспечивающий условия работы холодильника, также разработка «Сконтела».

«Применений [у счетчиков] будет много», — с уверенностью рассказывает журналу РБК 69-летний Гольцман. Сегодня приборы востребованы в основном в лабораториях, в будущем их потенциал связан, например, с квантовыми компьютерами. «Пока нет универсального принципа устройства [квантового компьютера]. Если одной из практических технологий станет оптический компьютер, в нем обязательно будет счетчик фотонов, и не один», — обещает Гольцман. В таком компьютере фотоны, или кванты света, выполняют ту же роль, что и электроны в обычном компьютере: переносят электрические токи, объясняет ученый.

Еще одно перспективное направление — биология и медицина: анализ генома, диагностика заболеваний (например, диффузная оптическая томография, позитронная эмиссионная томография), исследование процессов, происходящих в организме человека, внутренних органов, тканей, клеток и молекул (одномолекулярная спектроскопия). Третья большая надежда «Сконтела» — квантовая криптография. Компания уже проводила лабораторные эксперименты совместно с Российским квантовым центром (РКЦ) по передаче информации, защищенной квантовым ключом шифрования, более чем на 300 км. «Вполне достаточно для того, чтобы покрыть сетью даже такой мегаполис, как Москва», — считает Смирнов. Технология в ближайшие годы может быть востребована финансовыми учреждениями: в России ее на расстоянии до 30 км тестировали Газпромбанк и Сбербанк.

«Ничего нет. Голая идея»

Корреспондентку журнала РБК Гольцман принимает в кабинете в МПГУ — своей альма-матер, где он руководит кафедрой общей и экспериментальной физики. В стенах университета в 2004 году родилась и идея бизнеса. «Я предложил своим сотрудникам и аспирантам поучаствовать в уставном капитале компании, и девять из них выразили желание. Теперь они так же, как и я, ее совладельцы», — рассказывает ученый.

Один из акционеров — ученик Гольцмана и бессменный гендиректор «Сконтела» Константин Смирнов. «Константин уже тоже профессор, но для меня, как и в 1990-х, он остается студентом», — улыбается Гольцман. Смирнов подчеркивает: «[Несмотря на участие в бизнесе] все мы являлись и являемся учеными: пишем статьи, подаем на гранты, ведем разработки». Гольцман в 2017-м удостоился престижной премии IEEE (Института инженеров электротехники и электроники) «за вклад в прикладную сверхпроводимость». Среди предыдущих лауреатов, например, разработчики адронного коллайдера из CERN (Европейский центр ядерных исследований) и термоядерного реактора из ITER (Международный термоядерный экспериментальный реактор).

На коммерциализацию разработок сотрудников МПГУ толкнула, с одной стороны, нужда, с другой — вера в потенциал приборов. «Финансирование ученых в России еще не было развито так, как сейчас, и жить, по большому счету, было не на что. А идея Гольцмана к тому моменту прошла проверку успешным применением», — вспоминает Смирнов.

Сама идея пришла Гольцману в голову еще в конце 1990-х. На тот момент существовали две классические технологии счетчиков: фотоэлектронные умножители вековой давности и лавинные фотодиоды вдвое моложе. Приборы плохо работали в инфракрасном диапазоне, часто срабатывали ложно (фотона нет, а отклик есть) и были медленными. Гольцман придумал устройство, преодолевшее эти недостатки.

В 1999-м он нашел финансирование: инвестором стала американская Shlumberger. Группа разработчиков из компании вместе со специалистами IBM проектировали новый тестер микросхем. Патент на разработку был у IBM, но американцам не хватало важной части устройства — детектора фотонов. «В одной из статей, которую мы публиковали вместе с профессором [Романом] Соболевским из Университета Рочестера, я написал, что можно сделать такой детектор, и они со мной связались», — рассказывает Гольцман. Переговоры он помнит в подробностях: «Они спросили: «Действительно можете сделать?» — Я им: «Действительно можем сделать», на голубом глазу. — «Покажите что-нибудь». — «Ничего нет. Голая идея». — «Давайте сделаем».

Под реализацию проекта специалисты из Shlumberger запустили стартап NPTest. Им удалось наладить производство тестеров для IBM и других клиентов. NPTest сначала провел IPO и привлек $2 млн, а спустя три года, в 2004-м, был поглощен компанией Credence Systems за $660 млн. «Они рисковали маленькими деньгами, а получили очень большие», — констатирует Гольцман. Он признается, что ему как консультанту проекта выплатили премию, но не раскрывает сумму. Деньги пошли на разработку технологии в Москве. В 2009 году Credence Systems была сама поглощена компанией Xcerra Corporation. Представители Xcerra на вопросы журнала РБК не ответили.

Помимо американских денег на начальном этапе «Сконтелу» помог грант от Фонда Бортника. «Но грант — это маленькие деньги, раскрутить на них бизнес в квантовых технологиях нереально», — добавил Гольцман. Всего «Сконтел» получил 18,9 млн руб., уточнил гендиректор Фонда содействия инновациям (Фонда Бортника) Сергей Поляков. «Мы гордимся такими предприятиями», — заявил он. Других инвесторов на родине «Сконтел» не нашел.

«Они хотят вкладывать только в заведомо прибыльные компании и не хотят рисковать. Вот сегодня мы для них привлекательны. Но только теперь они нам не нужны: зачем с кем-то делиться?» — рассуждает Гольцман. По его мнению, не получает «Сконтел» должной поддержки и от государства: «Мы — пример [компании], который правительство хочет иметь в стране, но денег не дает. Ну и ладно, мы сами как-нибудь».

«Рынок научного приборостроения»

Гольцман и Смирнов не раскрывают финансовых показателей «Сконтела». По данным СПАРК, в 2016 году выручка компании составила 45,01 млн руб. при прибыли 9,36 млн руб. Весь рынок квантовых счетчиков Гольцман оценивает в сумму от $10 млн, долю «Сконтела» на нем — в 40–50%.

Рынок находится в стадии быстрого роста, подчеркивает Смирнов: «Это рынок не конечного потребителя, а научного приборостроения». «Сверхпроводниковые квантовые счетчики не только лучшая, но и самая дорогая технология [один прибор стоит от $50 тыс.]». «Сконтел» не просто лидер рынка — компания формирует этот рынок. «Таких компаний во всем мире пока всего штук пять. Но рынок будет расти, а мы какое-то время будем в его авангарде: благодаря заделу по времени лет в пять мы держим первенство по характеристикам и ценам», — объясняет Гольцман.

Один из конкурентов «Сконтела» — нидерландская Single Quantum. Ее сооснователь Вал Цвиллер в интервью журналу РБК подтвердил, что в основе их технологии разработка Гольцмана. На сайте Single Quantum указаны 40 покупателей по всему миру, в основном университеты, но есть и армия США. «Когда вы можете с высокой эффективностью зафиксировать один фотон, вы можете поставить множество квантовых экспериментов», — объясняет ценность приборов Цвиллер. По его словам, рынок растет быстро, особенно стремительные темпы в Китае, откуда приходит бóльшая часть заказов. «В последний год что-то невероятное случилось с рынками Китая и Японии: там взрывной интерес к продукции, — подтверждает Смирнов. — Некоторые наши сотрудники уже не покидают Китай, так много заказов». Штат «Сконтела» сегодня — несколько десятков человек.

На сайте компании указаны более 70 клиентов. Среди них — Оксфордский и Йельский университеты, корпорации Pirelli и Toshiba, агентство NASA и другие авторитетные заказчики. «Продаем в основном за рубеж, — рассказывает глава компании. — В России очень мало потребителей». Тем не менее они есть: один из российских клиентов — Российский квантовый центр. Его гендиректор Руслан Юнусов высоко оценивает сотрудничество со «Сконтелом»: «У нас есть один счетчик [от «Сконтела»]. Он нужен для разработки системы квантовой криптографии — абсолютно защищенной связи. Ее особенность в том, что сигнал кодируется на одиночных фотонах, когда один бит записывается на один фотон». «Детекторы [«Сконтела»] очень чувствительны, с высокой вероятностью показывают, когда фотон есть, и не показывают шум, когда фотона нет», — объясняет он.

Второе поколение Гольцмана

Еще один проект Гольцмана — компания «Тинфотоника»: «Это следующее поколение моих бывших студентов. То поколение уже выросло, а это тоже уже не дети, но все же гораздо моложе». «Тинфотоника» разрабатывает квантовые оптические интегральные схемы.

Гольцман проводит аналогию с электроникой: сначала были лампы, транзисторы, затем — микросхемы. Квантовая оптика только проходит такой путь: «На большой оптический стол в несколько квадратных метров ставятся всякие приборы, излучатели, линзы, зеркала, еще множество каких-то штук, затем это все тщательно юстируется (производится точная настройка. — РБК) с помощью лазера несколько месяцев, и только потом с этим можно работать. А мы занимаемся тем, чтобы перевести это на чип и изготовить на нем одновременно много таких столов».
Сложные оптические приборы легко вывести из рабочего состояния, говорит Гольцман: «Если вы хлопаете дверью, то нарушаете их баланс. Или прибор засвечивается — обычно в темной комнате люди работают. А тут это все на чипе, спрятано и работает без человеческих рук».

По словам Гольцмана, разработки «Тинфотоники» поступят в продажу через 5–10 лет. Развитие тормозит высокая стоимость оборудования — она доходит до 1 млрд руб.; без внешних инвестиций компания не потянет такую сумму, констатирует профессор. Гольцман ищет выход в продаже отдельных элементов технологии: «В оптической квантовой микросхеме много разных элементов. Возьмем фильтр или управляемый интерферометр, сделаем им вход и выход — они оказываются с такими прекрасными характеристиками, которых на рынке нет. И это сотая часть нашей большой работы».

По мнению профессора, «Тинфотоника» может стать партнером части российской промышленности в эпоху санкций — западные аналоги становятся недоступными отечественным заказчикам: «Мы разговариваем с разными предприятиями, и они нам говорят: «Да-да-да, нам это надо». Но пока дело в начале пути». Названий потенциальных партнеров Гольцман не уточняет.

«Тинфотоника» зарегистрирована в декабре 2015 года и является резидентом «Сколково»: «Ребята из фонда [«Сколково»] уговорили нас, мы бы еще подождали с регистрацией», — рассказывает Гольцман. По его словам, компания пока «больше проедает денег, чем приносит»: «Типичный стартап, ведет первые продажи и в основном занимается разработками». По данным СПАРК, выручка «Тинфотоники» в 2016 году составила 482 тыс. руб., прибыль — 177 тыс. руб.

В «Сколково» от «Тинфотоники» ждут больших успехов. «Квантовые интегральные схемы в будущем будут востребованы в квантовых компьютерах и коммуникациях и позволят перейти от лабораторных установок к промышленным устройствам для массового рынка», — объяснил журналу РБК проектный менеджер фонда Никита Кузнецов.

Напоследок Гольцман проводит корреспондентку журнала РБК в лабораторию, где работают студенты МПГУ.
— Это ваше второе поколение?
— Да 25-е уже. Счетчики фотонов, технологии, деньги — все это, конечно, важно. Но главная наша продукция — люди.