Scopurile și obiectivele centrului științific rus cu un computer cuantic și biosenzori

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Apariția computerelor cuantice va permite omenirii să creeze noi tipuri de combustibil și să facă o descoperire în medicină. Această opinie este împărtășită de directorul Centrului științific „Micro / Nanosisteme funcționale” de la Universitatea Tehnică de Stat din Moscova. N. E. Bauman Ilya Rodionov. Potrivit acestuia, una dintre principalele sarcini ale laboratorului condus de el este dezvoltarea de dispozitive pentru calculul cuantic. Într-un interviu acordat RT, omul de știință a vorbit și despre dezvoltarea biosenzorilor pentru diagnosticarea unei stări umane în timp real.

Cum a fost creat centrul tău, ce este?

- Centrul a fost creat nu cu mult timp în urmă, acum cinci ani. Ideea creării sale se bazează pe dezvoltarea de dispozitive bazate pe noi principii fizice. Ne-am dorit să creăm tehnologii care nu există încă în lume și care vor aduce beneficii oamenilor.

În crearea centrului au fost implicate 11 companii de top din lume, ceea ce a făcut posibilă asigurarea infrastructurii necesare și a celor mai bune echipamente. Proiectul a fost implementat rapid, în doar un an. Trei luni mai târziu, am început să dezvoltăm soluții tehnologice, pe baza cărora sunt create astăzi toate dispozitivele din centru.

Centrul se bazează pe o „camera curată” - o cameră industrială în care sunt controlate umiditatea, temperatura și cantitatea de particule din aer. Acești parametri sunt extrem de importanți deoarece lucrăm cu structuri foarte mici, de aproximativ 10 nanometri, care sunt miimi din diametrul unui păr uman.

Desfășurați cercetări privind dezvoltarea bazei de elemente pentru dispozitive de o nouă generație: de la calculatoare cuantice la senzori biologici. Ce ai reusit sa faci?

- Aș evidenția trei domenii cheie în care rezultatele noastre au atins nivelul mondial și în unele locuri chiar l-au depășit. Centrul este principalul contractor tehnologic pentru două dintre cele mai mari proiecte din Rusia în domeniul calculului cuantic. Fiecare dintre ele își dezvoltă propria bază de elemente: cipuri fotonice bazate pe principiile nanofotonicei și circuite qubit bazate pe supraconductori.

Toate laboratoarele de top din Rusia care se ocupă de calculul cuantic folosesc cipurile noastre. În parametrii individuali, elementele funcționale ale dispozitivelor noastre demonstrează rezultate care depășesc nivelul mondial.

Al doilea domeniu este biotehnologia. Au fost dezvoltate mai multe tehnologii pentru crearea așa-numitelor laboratoare pe un cip. Aceasta este direcția care va ajuta la salvarea de vieți în viitor. Dezvoltăm dispozitive portabile care ar putea diagnostica starea unei persoane în timp real și chiar pot avea un efect terapeutic.

Al treilea domeniu ca importantă este dezvoltarea senzorilor și a surselor de radiații. În ultimii trei ani, am stabilit mai multe recorduri mondiale simultan, am creat senzori biologici cu sensibilitate record la markeri deosebit de importanți. Unii dintre acești senzori pot detecta până la trei particule de materie per trilion de particule de materie în care sunt dizolvate. Astăzi nu există astfel de dispozitive în lume.

Împreună cu partenerii noștri americani, fabricăm structuri pe care sunt create surse cu un singur foton. Acestea sunt dispozitive care sunt folosite în biologie, calcul cuantic și comunicații.

Cum este organizată munca cu elevii în centru? Obțineți tot sau doar ce este mai bun dintre cele mai bune și pentru un proiect anume?

- Cei mai buni dintre cei mai buni ajung aici, și nu numai de la universitatea noastră. Mai mult de 90% dintre studenții și absolvenții Baumanka, precum și băieții de la Universitatea de Stat din Moscova și Phystech, lucrează în centru. Suntem deschiși studenților și absolvenților tuturor universităților. Apropo, spun adesea: „Băieți, nu avem studenți aici”. Acest lucru înseamnă un singur lucru - toți cei care ajung aici lucrează imediat cu probleme practice. Baza metodei de predare rusă, pentru care Baumanka este faimos, este predarea pe sarcini reale, „de luptă”. Fiecare student este angajatul nostru.

Toată lumea are acces la echipamente și materiale, poate face ceva propriu?

- Echipamentele individuale din interiorul „camera curată” costă 2-3 milioane de euro. Prin urmare, desigur, nu toată lumea are acces. Înainte de a putea lucra independent la un astfel de echipament, trebuie să treceți printr-un sistem de antrenament în mai multe etape. Prima probă este o examinare privind cunoașterea regulilor de comportament și lucru în interiorul „camerelor curate”.

Apoi băieții trec prin mai multe etape de pregătire în străinătate – fie de la un producător de echipamente, fie în laboratoare care ne sunt prietenoase. Ei studiază mult timp - pentru a avea acces la piese individuale de echipamente, trebuie să studiați aproximativ un an.

Ați menționat că cipurile realizate în centrul dvs. sunt folosite în toate laboratoarele de top din Rusia angajate în calculul cuantic. Cum vă vor ajuta evoluțiile la crearea unui computer cuantic sub forma unui dispozitiv fizic real?

- Construirea unui computer cuantic este o sarcină extrem de dificilă. Dezvoltarea de dispozitive integrate, cipuri de procesor este doar o parte a proiectului cuantic global. De asemenea, include cei mai complexi algoritmi, crearea de software special, instalatii criogenice experimentale.

O echipă mare de profesioniști din diverse universități și grupuri de cercetare lucrează în prezent la rezolvarea obiectivelor stabilite. Sarcina noastră este să oferim colegilor noștri o bază de elemente de înaltă calitate, care va servi drept bază pentru un computer cuantic rusesc.

Când și unde credeți că va apărea primul computer cuantic universal și funcțional real? De ce este importantă dezvoltarea lui?

- Este dificil de prezis unde și când va fi creat un computer cuantic. Experții din cele mai importante laboratoare și întreprinderi din lume numesc termene de la 5 la 20 de ani. Avem angajați tineri în centru, dar suntem treji în previziuni. Chiar și 15-20 de ani este o perioadă foarte apropiată. Posibilitățile pe care le va oferi un computer cuantic sunt nesfârșite, vor schimba complet viața omenirii. Pornind de la medicamente, echipamente medicale și terminând cu energie nouă, materiale noi.

Sunt șanse ca în sfârșit să reușim să învingem cancerul. Un număr mare de domenii de aplicare necesită calcul ultra-rapid și simulare a sistemelor cuantice, ceea ce va face posibilă realizarea unui procesor cuantic. Aceasta este o mare realizare a umanității, care va deveni, fără îndoială, o realitate. Și sper să se întâmple chiar aici.

Ați vorbit despre crearea biosenzorilor și dezvoltarea tehnologiei pentru crearea materialelor pentru aceștia. Există prototipuri funcționale, dezvoltări promițătoare despre care puteți vorbi?

- Mândria noastră este o nouă abordare a creării materialelor epitaxiale (materiale cu o rețea cristalină perfectă. - RT). Anterior, acestea erau făcute folosind metode foarte scumpe. Echipa noastră a reușit să dezvolte o tehnologie relativ ieftină, pe care am brevetat-o în Federația Rusă, iar acum eliberăm un brevet internațional.

Am învățat cum să creăm argint epitaxial, la care oamenii de știință din întreaga lume au lucrat fără succes în ultimii 60 de ani. Pe baza de argint au fost create o serie de dispozitive plasmonice unice: o sursă de radiații, un senzor cu o sensibilitate record, detectoare de markeri biologici pentru determinarea bolilor cardiovasculare.

Aceeași tehnologie este aplicabilă altor metale utilizate în biosenzori și în surse cu un singur foton. De exemplu, pe baza de aluminiu epitaxial, facem qubiți supraconductori. Soluția noastră s-a dovedit a fi cu adevărat universală.

Povestește-ne despre rolul și semnificația nanofotonicii. De ce are nevoie Rusia să dezvolte această direcție?

- Electronica s-a dezvoltat foarte rapid în ultimele decenii. Purtătorii acestor dispozitive sunt electronii. Dar electronul este în mod inerent limitat. Fotonica, pe de altă parte, ne oferă posibilitatea de a lucra cu un alt purtător de informații - un foton care poate fi controlat.

Lumina este cea mai rapidă pe care o avem. Purtătorii mai perfecți sunt încă necunoscuți omenirii. Prin urmare, considerăm că tot ceea ce are legătură cu nanofotonica este extrem de promițător. Acestea sunt noi tipuri de dispozitive de calcul, noi dispozitive biologice, o întreagă gamă de direcții aplicate.

Ați menționat deja „laboratorul pe cip”. Ce este, cum poate fi aplicat sau este deja aplicat?

- „Laboratorul pe un cip” - o încercare de a schimba baza muncii în domeniul analizelor biomedicale. De exemplu, pentru a face un test de sânge astăzi, mergem la laborator și luăm o probă. Apoi pentru ceva timp - câteva ore sau câteva zile - așteptăm rezultatul. Deci, în „laboratorul pe cip” lucrul cu mostre este transferat la nivelul micrometrului, la microscara. Acest lucru vă permite să accelerați radical toate procesele.

Va fi posibil să ne evaluăm starea în timp real. Vom duce în buzunare un fel de dispozitiv care va spune că totul este în regulă. Sau, de exemplu, că nivelul de colesterol este depășit sau un alt indicator important.

Ce gadget-uri va folosi o persoană în viitorul apropiat? Ce va înlocui „ceasurile inteligente” existente?

- Dacă ne imaginăm că au fost create un computer cuantic și dispozitive de tip „laborator pe cip”, care au dispozitive fotonice „la bord”, cu care lucrăm activ, atunci „ceasurile noastre inteligente” pot fi transformate într-un centru de date funcțional, cu o putere mai mare decât orice supercomputer de pe pământ acum. Și acesta este doar începutul.

De ce nu zboară mașinile? Pentru că nu avem o sursă de combustibil care să ne permită să menținem motoarele în funcțiune mult timp. Există un jet vertical de decolare și un astfel de motor ar putea fi pus într-o mașină. Cu toate acestea, acest lucru va necesita un întreg rezervor de combustibil.

Un computer cuantic va face posibilă calcularea unor substanțe cu proprietăți predeterminate și crearea de noi surse de combustibil. Odată cu apariția lucrurilor pe care le facem astăzi la centru, vor veni o mulțime de noi tehnologii și toate aceste filme fantastice Star Wars vor fi aproape de realitate după un timp.