The object of research, development or design (in Russian) : Наша первоначальная цель заключалась в создании лаборатории для характеристики MKID-детекторов. Мы начали с модернизации имеющегося криостата в Назарбаев Университете, интегрировав оптический ввод для освещения детекторов и обновив конструкцию таким образом, чтобы она могла поддерживать большее количество сигнальных линий. Параллельно мы усовершенствовали программное обеспечение, чтобы одновременно регистрировать данные как с датчиков криостата, так и с датчиков системы температурного контроля. Также мы разработали две схемы электроники для считывания резонаторов в диапазоне частот 4–7 ГГц. В этот период мы изготовили оптические MKID-детекторы, выполнили их однофотонную характеристику, опробовали различные материалы и применили методы машинного обучения, что позволило улучшить энергетическое разрешение примерно в 12 раз.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Біздің бастапқы мақсатымыз – MKID детекторларын сипаттауға арналған зертхана құру болды. Жұмыс Назарбаев Университетіндегі қолданыстағы криостатты өзгерту жұмыстарынан басталды: детекторларды жарықтандыру үшін оптикалық енгізу орнатылды және жүйе көбірек сигнал желілерін өткізе алатындай етіп жаңғыртылды. Сонымен қатар, біз бағдарламалық қамтамасыз етуді жетілдіріп, криостат датчиктерінің де, температураны бақылау жүйесінің де деректерін бір уақытта тіркеуге мүмкіндік жасадық. Бұған қоса, 4–7 ГГц жиілік диапазонында резонаторларды оқи алатын екі түрлі электрондық оқу схемасын әзірледік. Осы кезеңде біз оптикалық MKID құрылғыларын жасап, оларды бір фотондық режимде сипаттап, әртүрлі материалдарды тексердік және машиналық оқыту әдістерін қолданып, энергетикалық рұқсатты шамамен 12 есе жақсарта алдық.

Aim of work (in Russian) : Цель данной работы — разработать технологию изготовления и методики характеристирования детекторов на основе микроволновой кинетической индуктивности (MKID), а также повысить их эффективность для регистрации одиночных фотонов. Основные задачи включают создание надежного процесса изготовления MKID, исследование фундаментальных шумовых механизмов, ограничивающих чувствительность детектора, и улучшение энергетического разрешения за счет оптимизации материалов, геометрии устройства и методов обработки сигнала. Глубокое понимание природы шумов и внесение целевых конструктивных изменений позволит повысить характеристики MKID и обеспечить их применение в перспективных системах квантовой сенсорики и фотонного детектирования.

Aim of work (in Kazakh) : Бұл жұмыстың мақсаты — микротолқынды кинетикалық индуктивтік детекторларын (MKID) әзірлеу, жасау және сипаттау қабілетін қалыптастыру, сондай-ақ оларды жеке фотондарды тіркеуге бейімдеу арқылы сипаттамаларын жақсарту. Негізгі міндеттерге MKID құрылғыларын сенімді түрде дайындау технологиясын қалыптастыру, детектор сезімталдығын шектейтін фундаменталды шу механизмдерін зерттеу, сондай-ақ материалдарды, құрылымдық геометрияны және сигналды өңдеу әдістерін оңтайландыру арқылы энергетикалық рұқсатты арттыру жатады. Шу табиғатын терең түсініп, мақсатты инженерлік жетілдірулерді енгізу MKID өнімділігін жақсартып, оларды келешектегі кванттық сенсорика мен фотондық детекция жүйелерінде қолдануға мүмкіндік береді.

Методы исследования (на русском) : Мы разработаем геометрию резонаторов и стеки сверхпроводящих тонкопленок с использованием электромагнитного моделирования, а затем изготовим устройства с помощью фотолитографии/электронно-лучевой литографии и контролируемого осаждения тонких пленок. Устройства будут встроены в криогенную измерительную цепь (холодильник для разбавления) и оснащены векторным сетевым анализатором и специальным мультиплексированным микроволновым считывателем на основе ПЛИС (демодуляция IQ и цифровое понижающее преобразование). Чтобы максимизировать чувствительность и энергетическое разрешение, мы оптимизируем сверхпроводящие материалы и резонаторную связь, применим малошумящее усиление (включая, при необходимости, околоквантовые усилители) и калиброванные оптические/фотонные источники для измерения разрешающей способности. Анализ данных будет включать демодуляцию временного потока, коррекцию дрейфа и анализ спектральной плотности мощности шума для определения NEP и энергетического разрешения; результаты будут использованы для итеративного изготовления и улучшения конструкции. На протяжении всего процесса определение характеристик материалов (например, анализ транспортировки и поверхности) и систематические исследования ошибок будут определять стратегии снижения потерь и квазичастичного шума, что позволит использовать MKID с более высоким энергетическим разрешением

Методы исследования (на казахском) : Біз электромагниттік модельдеуді қолдана отырып, резонаторлық геометрияларды және асқын өткізгіш жұқа қабықшалы стектерді жобалаймыз, содан кейін фотолитография/электронды сәулелік литография және бақыланатын жұқа қабықшалы тұндыру арқылы құрылғылар жасаймыз. Құрылғылар криогендік өлшеу тізбегіне (сұйылту тоңазытқышы) орнатылады және векторлық желілік анализатормен және fpga негізіндегі мультиплекстелген микротолқынды көрсеткішпен (IQ демодуляциясы және цифрлық төмен түрлендіру) сипатталады. Сезімталдық пен энергия ажыратымдылығын арттыру үшін біз асқын өткізгіш материалдар мен резонаторлық муфталарды оңтайландырамыз, төмен шу күшейткіштерін (қажет болған жағдайда кванттық күшейткіштерді қоса) қолданамыз және ажыратымдылықты өлшеу үшін калибрленген оптикалық/фотондық көздерді қолданамыз. Деректерді талдау NEP және энергия ажыратымдылығын алу үшін уақыт ағынының демодуляциясын, дрейфті түзетуді және шу қуатының спектрлік тығыздығын талдауды қамтиды; нәтижелер қайталанатын өндіріс пен дизайнды жақсартуға оралады. Осы уақыт ішінде материалдарды сипаттау (мысалы, тасымалдау және жер үсті талдаулары) және қателерді жүйелі түрде зерттеу энергия ажыратымдылығы Жоғары Mkid Құрылғыларын қосу арқылы шығын мен квазибөлшектердің шуын азайту стратегияларын анықтауға мүмкіндік береді

Obtained results and novelty (in Russian) : В результате данной работы была создана полнофункциональная лаборатория для характеристики MKID-детекторов и регистрации одиночных фотонов. Проведены исследования различных сверхпроводящих материалов с целью определения оптимальных кандидатов для высокоэффективных детекторов, а также разработаны специализированные электронные схемы считывания, адаптированные для измерений MKID. Кроме того, были разработаны и применены методы обработки данных на основе искусственного интеллекта, ориентированные на задачи MKID-систем. Благодаря использованию методов машинного обучения удалось существенно повысить энергетическое разрешение детекторов — с коэффициента 4 до 12, что демонстрирует значительный прогресс в совершенствовании характеристик MKID для перспективных фотонных и квантовых применений. В ходе исследования результаты были опубликованы в девяти престижных научных статьях, охватывающих прикладные задачи, исследования материалов и методы подавления шума.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Осы жұмыстың нәтижесінде MKID-детекторларын сипаттау және бір фотонды тіркеу үшін толыққанды зертхана құрылды. Жоғары өнімді детекторлар үшін оңтайлы кандидаттарды анықтау мақсатында әртүрлі сверхөткізгіш материалдар зерттелді, сондай-ақ MKID өлшемдеріне бейімделген арнайы электрондық оқу схемалары әзірленді. Сонымен қатар, MKID жүйелерінің міндеттеріне арналған жасанды интеллект негізіндегі деректерді өңдеу әдістері жасалып, қолданылды. Машиналық оқыту әдістерін енгізу арқылы детекторлардың энергетикалық рұқсаты айтарлықтай артты — 4-тен 12-ге дейін, бұл MKID сипаттамаларын жетілдіруде және болашақ фотондық және кванттық қолданбаларда маңызды прогресті көрсетеді. Зерттеу барысында алынған нәтижелер материалдық зерттеулерді, қолданбалы міндеттерді және шуды азайту әдістерін қамтитын тоғыз беделді ғылыми мақалада жарияланды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : В данной работе основные конструктивные и технико-экономические показатели включают: 1. Инфраструктура лаборатории – создание полнофункциональной лаборатории для характеристики MKID-детекторов и регистрации одиночных фотонов. 2. Разработка материалов – исследование и оптимизация различных сверхпроводящих материалов для повышения эффективности детекторов. 3. Электроника и системы считывания – разработка специализированных электронных систем для регистрации сигналов MKID в диапазоне 4–7 ГГц. 4. Показатели производительности – улучшение энергетического разрешения MKID с 4 до 12 за счет оптимизации конструкции и применения методов машинного обучения. 5. Инновации и эффективность – разработка методов обработки данных на основе ИИ, специально для применения в MKID-системах, что повышает точность и эффективность измерений. 6. Оптимизация затрат и ресурсов – эффективное использование лабораторных ресурсов и масштабируемые процессы изготовления MKID.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Осы жұмыста негізгі конструктивтік және техникалық-экономикалық көрсеткіштерге мыналар жатады: 1. Зертхана инфрақұрылымы – MKID-детекторларын сипаттау және бір фотонды тіркеу үшін толыққанды зертхана құрылды. 2. Материалдарды әзірлеу – әртүрлі сверхөткізгіш материалдар зерттеліп, детекторлардың тиімділігін арттыру үшін оңтайландырылды. 3. Электроника және оқу жүйелері – 4–7 ГГц диапазонында MKID сигналдарын тіркеуге арналған арнайы электрондық жүйелер әзірленді. 4. Өнімділік көрсеткіштері – конструкцияны оңтайландыру және машиналық оқыту әдістерін қолдану арқылы MKID детекторларының энергетикалық рұқсаты 4-тен 12-ге дейін жақсарды. 5. Инновациялар және тиімділік – MKID жүйелеріне арнайы жасалған жасанды интеллект негізіндегі деректерді өңдеу әдістері әзірленіп, өлшеу дәлдігі мен тиімділігін арттырды. 6. Шығындар мен ресурстарды оңтайландыру – зертхана ресурстарын тиімді пайдалану және MKID жасаудың масштабталатын процестері жүзеге асырылды.

Level of implementation (in Russian) : Фаза 0 — Проектирование и планирование (месяцы 0-3) Моделирование электромагнитных полей и схем геометрии резонатора и сопряжения. Выбор материалов и технологических схем; план закупок для нанесения и литографии. Этап: Окончательные файлы проекта и технологическая схема готовы. Этап 1 — Тестирование структуры и определение характеристик материалов (3-6 месяцев). Изготовление тестовых образцов для определения характеристик пленки. Транспортировка при низких температурах и анализ поверхности. Этап: Выбор пакета материалов и количественная оценка (потери, Tc). Этап 2 — Изготовление прототипа и упаковка (6-10 месяцев) Изготовление резонаторной решетки первого поколения (небольшой размер). Разработка упаковки и термического крепления для интеграции в криостат. Этап: Функциональная матрица упакована и готова к криосъемке. Этап 3 — Разработка и интеграция считывателя (8-12 месяцев) Создание мультиплексированного считывателя IQ на основе ПЛИС, цифрового понижающего преобразования и конвейера демодуляции в реальном времени. Интегрируйте малошумящие усилители и фильтры; проведите тесты при комнатной температуре и отладке. Этап: проверка показаний на стенде и подключение к матрице. Фаза 4 — Определение криогенных характеристик и оптимизация (11-18 месяцев) Измерьте резонаторы в холодильнике для разбавления, выполните анализ временных потоков, извлеките NEP и энергетическое разрешение. Повторите изготовление и подключение, чтобы уменьшить потери и квазичастичный шум.

Level of implementation (in Kazakh) : 0 кезең-Жобалау және жоспарлау (0-3 Ай) Резонаторлық геометриялар мен муфталардың электромагниттік және тізбекті модельдеуі. Материалдарды іріктеу және өңдеу рецептері; тұндыру және литография бойынша сатып алу жоспары. Кезең: Соңғы дизайн файлдары мен технологиялық рецепт дайын. 1 кезең - сынақ құрылымдары мен материалдарының сипаттамасы (3-6 Ай). Фильмді сипаттауға арналған сынақ талондарын жасаңыз (Tc, қарсылық, беттің жоғалуы). Төмен температуралы тасымалдау және беттік талдау. Маңызды кезең: Таңдалған Және сандық Түрде Анықталған Материал дестесі. 2 кезең-Прототипті дайындау және орау (6-10 Ай) Бірінші буынның резонаторлық массивін жасаңыз (кіші N). Криостатты біріктіру үшін қаптаманы және термиялық бекітуді әзірлеу. Маңызды кезең: Функционалды массив оралған және крио-дайын. 3 кезең-Көрсеткіштерді әзірлеу және интеграциялау (8-12 Ай) FPGA негізіндегі МУЛЬТИПЛЕКСТЕЛГЕН IQ көрсеткішін, сандық түрлендіруді және нақты уақыттағы демодуляция құбырын жасаңыз. Төмен шу күшейткіштері мен сүзгілерін біріктіріңіз; бөлме температурасын/күйін келтіру сынақтарын өткізіңіз. Маңызды кезең: Көрсеткіштер орындықта тексеріліп, массивпен өзара әрекеттеседі. 4 кезең-Криогендік сипаттама және оңтайландыру (11-18 Айлар) Резонаторларды сұйылту тоңазытқышында өлшеңіз, уақыт ағымына талдау жасаңыз, NEP және энергия ажыратымдылығын шығарыңыз. Шығын мен квазибөлшектердің шуын азайту үшін өндіріс пен муфтаны қайталаңыз.

Efficiency (in Russian) : Проект был выполнен эффективно. Производство MKIDs и разработка измерительной системы были успешно реализованы, продемонстрировав высокую производительность и надежность в эксплуатации.

Efficiency (in Kazakh) : Жоба тиімді жүзеге асырылды. MKIDs өндірісі және өлшеу жүйесінің дамуы сәтті жүзеге асырылды, бұл жақсы өнімділік пен сенімді жұмысты көрсетті.

Field of application (in Russian) : Астрономия: MKID-детекторы могут использоваться для высокочувствительных наблюдений в астрономии и космологии, включая изучение экзопланет и слабых небесных объектов. Медицина: MKID-детекторы обладают потенциалом для раннего выявления рака и других высокоточных методов биомедицинской визуализации. Промышленность: Они могут применяться в быстрых и точных камерах, обеспечивая высокоскоростное изображение для производства, контроля качества и научных инструментов

Field of application (in Kazakh) : Астрономия: MKID детекторлары астрономиялық және космологиялық бақылауларда жоғары сезімталдықпен қолданылуы мүмкін, соның ішінде экзопланеталарды және әлсіз аспан объектілерін зерттеу. Медицина: MKID детекторлары ерте сатыдағы қатерлі ісік анықтау және басқа да жоғары дәлдіктегі биомедициналық бейнелеу әдістерінде потенциалға ие. Өнеркәсіп: Олар жылдам және дәл камераларда қолданылып, өндіріс, сапаны бақылау және ғылыми құралдар үшін жоғары жылдамдықтағы бейнелеуді қамтамасыз етеді.