Цели и задачи на руския научен център с квантов компютър и биосензори

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Появата на квантовите компютри ще позволи на човечеството да създаде нови видове гориво и да направи пробив в медицината. Това мнение споделя директорът на Научния център „Функционални микро/наносистеми“към Московския държавен технически университет. N. E. Бауман Иля Родионов. Според него една от основните задачи на ръководената от него лаборатория е разработването на устройства за квантови изчисления. В интервю за RT ученият говори и за разработването на биосензори за диагностициране на човешкото състояние в реално време.

Как се създаде вашият център, какъв е той?

- Центърът е създаден не толкова отдавна, преди пет години. Идеята за неговото създаване се основава на разработването на устройства, базирани на нови физически принципи. Искахме да създадем технологии, които все още не съществуват в света и които ще са от полза за хората.

11 водещи световни компании участваха в създаването на центъра, което даде възможност да се осигури необходимата инфраструктура и най-доброто оборудване. Проектът се реализира бързо, само за една година. Три месеца по-късно започнахме да разработваме технологични решения, на базата на които днес се създават всички устройства в центъра.

Центърът се основава на "чиста стая" - индустриално помещение, в което се контролират влажността, температурата и количеството частици във въздуха. Тези параметри са изключително важни, защото работим с много малки структури, с размер около 10 нанометра, които са хилядна част от диаметъра на човешката коса.

Вие провеждате изследвания за разработването на елементна база за устройства от ново поколение: от квантови компютри до биологични сензори. Какво успяхте да направите?

- Бих откроил три ключови области, в които нашите резултати достигнаха световно ниво, а на места дори го надхвърлиха. Центърът е водещ технологичен изпълнител на два от най-големите проекта в Русия в областта на квантовите изчисления. Всеки от тях разработва своя собствена елементна база: фотонни чипове, базирани на принципите на нанофотониката и кубитни схеми, базирани на свръхпроводници.

Всички водещи лаборатории в Русия, занимаващи се с квантови изчисления, използват нашите чипове. По отделни параметри функционалните елементи на нашите устройства показват резултати, които надхвърлят световното ниво.

Втората област е биотехнологиите. Разработени са няколко технологии за създаване на така наречените лаборатории върху чип. Това е посоката, която ще помогне за спасяването на животи в бъдеще. Разработваме преносими устройства, които биха могли да диагностицират състоянието на човек в реално време и дори да окажат терапевтичен ефект.

Третата най-важна област е разработването на сензорни сензори и източници на радиация. През последните три години поставихме няколко световни рекорда наведнъж, създадохме биологични сензори с рекордна чувствителност към особено важни маркери. Някои от тези сензори могат да открият до три частици материя на трилион частици материя, в които са разтворени. Днес в света няма такива устройства.

Заедно с нашите американски партньори произвеждаме конструкции, върху които се създават еднофотонни източници. Това са устройства, които се използват в биологията, квантовите изчисления и комуникациите.

Как е организирана работата с учениците в центъра? Получавате ли всичко или само най-доброто от най-доброто и за конкретен проект?

- Най-добрите от най-добрите идват тук и не само от нашия университет. Повече от 90% от студентите и завършилите Бауманка, както и момчета от Московския държавен университет и Phystech работят в центъра. Отворени сме за студенти и завършили всички университети. Между другото, често казвам: „Момчета, тук нямаме ученици“. Това означава само едно - всеки, който попадне тук, веднага работи с практически проблеми. В основата на руския метод на преподаване, с който Бауманка е известна, е обучението върху реални, „бойни“задачи. Всеки ученик е наш служител.

Всеки има достъп до техника и материали, може ли да направи нещо свое?

- Отделни части от оборудването вътре в "чистата стая" струват €2-3 млн. Следователно, разбира се, не всеки има достъп. Преди да можете самостоятелно да работите върху такова оборудване, трябва да преминете през многоетапна система за обучение. Първият тест е проверка за познаване на правилата за поведение и работа в „чистите стаи“.

След това момчетата преминават през няколко етапа на обучение в чужбина - или от производител на оборудване, или в лаборатории, които са приятелски настроени към нас. Те учат дълго време - за да получите достъп до отделни части от оборудването, трябва да учите около година.

Споменахте, че произведените във вашия център чипове се използват във всички водещи руски лаборатории, занимаващи се с квантови изчисления. Как вашите разработки ще помогнат за създаването на квантов компютър под формата на истинско физическо устройство?

- Изграждането на квантов компютър е изключително трудна задача. Разработването на интегрирани устройства, процесорни чипове е само част от глобалния квантов проект. Включва и най-сложните алгоритми, създаването на специален софтуер, експериментални криогенни инсталации.

В момента по решаването на поставените цели работи голям екип от професионалисти от различни университети и научни групи. Нашата задача е да предоставим на нашите колеги висококачествена елементна база, която ще служи като основа за руски квантов компютър.

Кога и къде мислите, че ще се появи първият истински функционален универсален квантов компютър? Защо е важно неговото развитие?

- Трудно е да се предвиди къде и кога ще бъде създаден квантов компютър. Експерти от водещи световни лаборатории и предприятия наричат сроковете от 5 до 20 години. Имаме млади служители в центъра, но сме трезви в прогнозите си. Дори 15-20 години са много близко време. Възможностите, които ще даде квантовият компютър, са безкрайни, те напълно ще променят живота на човечеството. Като се започне от лекарства, медицинско оборудване и се стигне до нова енергия, нови материали.

Шансовете са най-накрая да успеем да победим рака. Голям брой области на приложение изискват свръхбързи изчисления и симулация на квантови системи, което ще направи възможно създаването на квантов процесор. Това е голямо постижение на човечеството, което несъмнено ще стане реалност. И се надявам да се случи точно тук.

Говорихте за създаването на биосензори и развитието на технологията за създаване на материали за тях. Има ли работещи прототипи, обещаващи разработки, за които можете да говорите?

- Нашата гордост е нов подход към създаването на епитаксиални материали (материали с перфектна кристална решетка. - RT). Преди това те бяха направени по много скъпи методи. Нашият екип успя да разработи сравнително евтина технология, която патентовахме в Руската федерация, а сега издаваме международен патент.

Научихме се как да създаваме епитаксиално сребро, върху което учени от цял свят работят неуспешно през последните 60 години. На базата на сребро са създадени редица уникални плазмонични устройства: източник на лъчение, сензор с рекордна чувствителност, детектори на биологични маркери за определяне на сърдечно-съдови заболявания.

Същата технология е приложима и за други метали, използвани в биосензориката и в еднофотонни източници. Например, на базата на епитаксиален алуминий, ние правим свръхпроводящи кубити. Нашето решение се оказа наистина универсално.

Разкажете ни за ролята и значението на нанофотониката. Защо Русия трябва да развива тази посока?

- Електрониката се развива много бързо през последните десетилетия. Носителите в тези устройства са електрони. Но електронът по своята същност е ограничен. Фотониката пък ни дава възможност да работим с друг информационен носител – фотон, който може да се управлява.

Светлината е най-бързата, която имаме. По-съвършените носители все още са непознати за човечеството. Затова считаме всичко, свързано с нанофотониката, за изключително обещаващо. Това са нови видове изчислителни устройства, нови биологични устройства, цял набор от приложни направления.

Вече споменахте "лабораторията на чип". Какво е това, как може да се приложи или вече се прилага?

- “Лаборатория върху чип” – опит за промяна на основата на работата в областта на биомедицинските анализи. Например, за да си вземем кръвен тест днес, отиваме в лабораторията и вземаме проба. След това известно време - няколко часа или няколко дни - чакаме резултата. И така, в "лабораторията върху чип" работата с проби се прехвърля на ниво микрометър, на микромащаб. Това ви позволява да ускорите радикално всички процеси.

Ще бъде възможно да се оцени състоянието ни в реално време. Ще носим в джобовете си някакво устройство, което ще каже, че всичко е наред. Или, например, че нивото на холестерола е надвишено или друг важен показател.

Какви джаджи ще използва човек в близко бъдеще? Какво ще замени съществуващите "умни часовници"?

- Ако си представим, че е създаден квантов компютър и устройства от типа „лаборатория върху чип”, които имат „на борда” фотонни устройства, с които активно работим, то нашите „умни часовници” могат да се превърнат в работещ център за данни с мощност, по-голяма от всеки суперкомпютър на земята сега. И това е само началото.

Защо колите не летят? Защото нямаме източник на гориво, което да ни позволи да поддържаме двигателите работещи дълго време. Съществува реактивен самолет с вертикално излитане и такъв двигател може да бъде поставен в автомобил. Това обаче ще изисква цял резервоар гориво.

Квантовият компютър ще направи възможно изчисляването на вещества с предварително определени свойства и ще създаде нови източници на гориво. С появата на нещата, които правим в центъра днес, ще дойдат много нови технологии и всички тези фантастични филми от Междузвездни войни ще бъдат близо до реалността след известно време.