Στόχοι και στόχοι του ρωσικού επιστημονικού κέντρου με κβαντικό υπολογιστή και βιοαισθητήρες

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Η έλευση των κβαντικών υπολογιστών θα επιτρέψει στην ανθρωπότητα να δημιουργήσει νέους τύπους καυσίμων και να κάνει μια σημαντική ανακάλυψη στην ιατρική. Αυτή τη γνώμη συμμερίζεται και ο διευθυντής του Επιστημονικού Κέντρου «Functional Micro / Nanosystems» στο Κρατικό Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας. Ν. Ε. Bauman Ilya Rodionov. Σύμφωνα με τον ίδιο, ένα από τα κύρια καθήκοντα του εργαστηρίου με επικεφαλής τον ίδιο είναι η ανάπτυξη συσκευών για κβαντικούς υπολογιστές. Σε συνέντευξή του στο RT, ο επιστήμονας μίλησε επίσης για την ανάπτυξη βιοαισθητήρων για τη διάγνωση μιας ανθρώπινης κατάστασης σε πραγματικό χρόνο.

Πώς δημιουργήθηκε το κέντρο σας, ποιο είναι;

- Το κέντρο δημιουργήθηκε πριν από όχι πολύ καιρό, πριν από πέντε χρόνια. Η ιδέα της δημιουργίας του βασίζεται στην ανάπτυξη συσκευών που βασίζονται σε νέες φυσικές αρχές. Θέλαμε να δημιουργήσουμε τεχνολογίες που δεν υπάρχουν ακόμη στον κόσμο και που θα ωφελήσουν τους ανθρώπους.

Στη δημιουργία του κέντρου συμμετείχαν 11 κορυφαίες εταιρείες του κόσμου, το οποίο κατέστησε δυνατή την παροχή της απαραίτητης υποδομής και του καλύτερου εξοπλισμού. Το έργο υλοποιήθηκε γρήγορα, μέσα σε μόλις ένα χρόνο. Τρεις μήνες αργότερα, ξεκινήσαμε να αναπτύσσουμε τεχνολογικές λύσεις, βάσει των οποίων δημιουργούνται σήμερα όλες οι συσκευές στο κέντρο.

Το κέντρο βασίζεται σε ένα "καθαρό δωμάτιο" - ένα βιομηχανικό δωμάτιο στο οποίο ελέγχονται η υγρασία, η θερμοκρασία και η ποσότητα των σωματιδίων στον αέρα. Αυτές οι παράμετροι είναι εξαιρετικά σημαντικές γιατί εργαζόμαστε με πολύ μικρές δομές, μεγέθους περίπου 10 νανόμετρων, που είναι τα χιλιοστά της διαμέτρου μιας ανθρώπινης τρίχας.

Διεξάγετε έρευνα για την ανάπτυξη της βάσης στοιχείων για συσκευές νέας γενιάς: από κβαντικούς υπολογιστές έως βιολογικούς αισθητήρες. Τι κατάφερες να κάνεις;

- Θα ξεχώριζα τρεις βασικούς τομείς στους οποίους τα αποτελέσματά μας έχουν φτάσει σε παγκόσμιο επίπεδο και σε ορισμένα σημεία το ξεπέρασαν. Το κέντρο είναι ο κορυφαίος τεχνολογικός ανάδοχος για δύο από τα μεγαλύτερα έργα στη Ρωσία στον τομέα των κβαντικών υπολογιστών. Καθένα από αυτά αναπτύσσει τη δική του βάση στοιχείων: φωτονικά τσιπ βασισμένα στις αρχές της νανοφωτονικής και κυκλώματα qubit βασισμένα σε υπεραγωγούς.

Όλα τα κορυφαία εργαστήρια στη Ρωσία που ασχολούνται με τους κβαντικούς υπολογιστές χρησιμοποιούν τα τσιπ μας. Σε επιμέρους παραμέτρους, τα λειτουργικά στοιχεία των συσκευών μας επιδεικνύουν αποτελέσματα που ξεπερνούν το παγκόσμιο επίπεδο.

Ο δεύτερος τομέας είναι η βιοτεχνολογία. Έχουν αναπτυχθεί αρκετές τεχνολογίες για τη δημιουργία των λεγόμενων εργαστηρίων σε ένα τσιπ. Αυτή είναι η κατεύθυνση που θα βοηθήσει να σωθούν ζωές στο μέλλον. Αναπτύσσουμε φορητές συσκευές που θα μπορούσαν να διαγνώσουν την κατάσταση ενός ατόμου σε πραγματικό χρόνο και ακόμη και να επιφέρουν ένα θεραπευτικό αποτέλεσμα.

Ο τρίτος πιο σημαντικός τομέας είναι η ανάπτυξη αισθητήρων και πηγών ακτινοβολίας. Τα τελευταία τρία χρόνια, έχουμε σημειώσει πολλά παγκόσμια ρεκόρ ταυτόχρονα, δημιουργήσαμε βιολογικούς αισθητήρες με ευαισθησία ρεκόρ σε ιδιαίτερα σημαντικούς δείκτες. Μερικοί από αυτούς τους αισθητήρες μπορούν να ανιχνεύσουν έως και τρία σωματίδια ύλης ανά τρισεκατομμύριο σωματίδια ύλης στην οποία είναι διαλυμένα. Δεν υπάρχουν τέτοιες συσκευές στον κόσμο σήμερα.

Μαζί με τους Αμερικανούς συνεργάτες μας, κατασκευάζουμε δομές στις οποίες δημιουργούνται πηγές μονοφωτονίου. Πρόκειται για συσκευές που χρησιμοποιούνται στη βιολογία, τους κβαντικούς υπολογιστές και τις επικοινωνίες.

Πώς οργανώνεται η δουλειά με τους μαθητές στο κέντρο; Παίρνετε όλα ή μόνο τα καλύτερα από τα καλύτερα και για ένα συγκεκριμένο έργο;

- Οι καλύτεροι από τους καλύτερους φτάνουν εδώ, και όχι μόνο από το πανεπιστήμιό μας. Πάνω από το 90% των φοιτητών και αποφοίτων του Baumanka, καθώς και παιδιά από το Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας και το Phystech, εργάζονται στο κέντρο. Είμαστε ανοιχτοί σε φοιτητές και απόφοιτους όλων των πανεπιστημίων. Παρεμπιπτόντως, λέω συχνά: «Παιδιά, δεν έχουμε μαθητές εδώ». Αυτό σημαίνει μόνο ένα πράγμα - όλοι όσοι φτάνουν εδώ αμέσως εργάζονται με πρακτικά προβλήματα. Η βάση της ρωσικής μεθόδου διδασκαλίας, για την οποία είναι διάσημη η Baumanka, είναι η διδασκαλία σε πραγματικές, «μάχιμες» εργασίες. Κάθε μαθητής είναι υπάλληλος μας.

Όλοι έχουν πρόσβαση σε εξοπλισμό και υλικά, μπορούν να κάνουν κάτι δικό τους;

- Τα μεμονωμένα κομμάτια του εξοπλισμού μέσα στο «καθαρό δωμάτιο» κοστίζουν 2-3 εκ. € Επομένως, φυσικά, δεν έχουν όλοι πρόσβαση. Για να μπορέσετε να εργαστείτε ανεξάρτητα σε τέτοιο εξοπλισμό, πρέπει να περάσετε από ένα σύστημα εκπαίδευσης πολλαπλών σταδίων. Το πρώτο τεστ είναι μια εξέταση για τη γνώση των κανόνων συμπεριφοράς και εργασίας μέσα στα «καθαρά δωμάτια».

Στη συνέχεια, τα παιδιά περνούν από διάφορα στάδια εκπαίδευσης στο εξωτερικό - είτε από κατασκευαστή εξοπλισμού είτε σε εργαστήρια που είναι φιλικά προς εμάς. Μελετούν για μεγάλο χρονικό διάστημα - για να αποκτήσετε πρόσβαση σε μεμονωμένα κομμάτια εξοπλισμού, πρέπει να μελετήσετε για περίπου ένα χρόνο.

Αναφέρατε ότι τα τσιπ που κατασκευάζονται στο κέντρο σας χρησιμοποιούνται σε όλα τα κορυφαία ρωσικά εργαστήρια που ασχολούνται με τους κβαντικούς υπολογιστές. Πώς θα βοηθήσουν οι εξελίξεις σας στη δημιουργία ενός κβαντικού υπολογιστή με τη μορφή μιας πραγματικής φυσικής συσκευής;

- Η κατασκευή ενός κβαντικού υπολογιστή είναι ένα εξαιρετικά δύσκολο έργο. Η ανάπτυξη ολοκληρωμένων συσκευών, τσιπ επεξεργαστών είναι μόνο μέρος του παγκόσμιου κβαντικού έργου. Περιλαμβάνει επίσης τους πιο σύνθετους αλγόριθμους, τη δημιουργία ειδικού λογισμικού, πειραματικές κρυογονικές εγκαταστάσεις.

Μια μεγάλη ομάδα επαγγελματιών από διάφορα πανεπιστήμια και ερευνητικές ομάδες εργάζεται επί του παρόντος για την επίλυση των τεθέντων στόχων. Το καθήκον μας είναι να παρέχουμε στους συναδέλφους μας μια βάση στοιχείων υψηλής ποιότητας, η οποία θα χρησιμεύσει ως βάση για έναν ρωσικό κβαντικό υπολογιστή.

Πότε και πού πιστεύετε ότι θα εμφανιστεί ο πρώτος πραγματικός λειτουργικός καθολικός κβαντικός υπολογιστής; Γιατί είναι σημαντική η ανάπτυξή του;

- Είναι δύσκολο να προβλέψουμε πού και πότε θα δημιουργηθεί ένας κβαντικός υπολογιστής. Οι ειδικοί από τα κορυφαία εργαστήρια και επιχειρήσεις του κόσμου καλούν τους όρους από 5 έως 20 χρόνια. Έχουμε νέους υπαλλήλους στο κέντρο, αλλά είμαστε νηφάλιοι στις προβλέψεις μας. Ακόμα και 15-20 χρόνια είναι πολύ κοντά. Οι δυνατότητες που θα δώσει ένας κβαντικός υπολογιστής είναι ατελείωτες, θα αλλάξουν εντελώς τη ζωή της ανθρωπότητας. Ξεκινώντας από φάρμακα, ιατρικό εξοπλισμό και τελειώνοντας με νέα ενέργεια, νέα υλικά.

Οι πιθανότητες είναι ότι επιτέλους θα μπορέσουμε να νικήσουμε τον καρκίνο. Ένας μεγάλος αριθμός περιοχών εφαρμογών απαιτεί εξαιρετικά γρήγορο υπολογισμό και προσομοίωση κβαντικών συστημάτων, κάτι που θα καταστήσει δυνατή τη δημιουργία ενός κβαντικού επεξεργαστή. Αυτό είναι ένα μεγάλο επίτευγμα της ανθρωπότητας, που αναμφίβολα θα γίνει πραγματικότητα. Και ελπίζω να συμβεί εδώ.

Μιλήσατε για τη δημιουργία βιοαισθητήρων και την ανάπτυξη τεχνολογίας για τη δημιουργία υλικών για αυτούς. Υπάρχουν λειτουργικά πρωτότυπα, πολλά υποσχόμενες εξελίξεις για τα οποία μπορείτε να μιλήσετε;

- Το καμάρι μας είναι μια νέα προσέγγιση στη δημιουργία επιταξιακών υλικών (υλικά με τέλειο κρυσταλλικό πλέγμα. - RT). Παλαιότερα, κατασκευάζονταν με πολύ ακριβές μεθόδους. Η ομάδα μας κατάφερε να αναπτύξει μια σχετικά φθηνή τεχνολογία, την οποία κατοχυρώσαμε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας στη Ρωσική Ομοσπονδία, και τώρα εκδίδουμε ένα διεθνές δίπλωμα ευρεσιτεχνίας.

Μάθαμε πώς να δημιουργούμε επιταξιακό ασήμι, πάνω στο οποίο οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο εργάζονται ανεπιτυχώς τα τελευταία 60 χρόνια. Ένας αριθμός μοναδικών πλασμονικών συσκευών έχουν δημιουργηθεί με βάση το ασήμι: πηγή ακτινοβολίας, αισθητήρας με ευαισθησία ρεκόρ, ανιχνευτές βιολογικών δεικτών για τον προσδιορισμό καρδιαγγειακών παθήσεων.

Η ίδια τεχνολογία ισχύει και για άλλα μέταλλα που χρησιμοποιούνται σε βιοαισθητήρες και σε πηγές μονοφωτονίου. Για παράδειγμα, με βάση το επιταξιακό αλουμίνιο, φτιάχνουμε υπεραγώγιμα qubits. Η λύση μας αποδείχθηκε ότι ήταν πραγματικά καθολική.

Μιλήστε μας για το ρόλο και τη σημασία των νανοφωτονικών. Γιατί χρειάζεται η Ρωσία να αναπτύξει αυτήν την κατεύθυνση;

- Τα ηλεκτρονικά έχουν αναπτυχθεί πολύ γρήγορα τις τελευταίες δεκαετίες. Οι φορείς σε αυτές τις συσκευές είναι ηλεκτρόνια. Αλλά το ηλεκτρόνιο είναι εγγενώς περιορισμένο. Η φωτονική, από την άλλη πλευρά, μας δίνει την ευκαιρία να εργαστούμε με έναν άλλο φορέα πληροφοριών - ένα φωτόνιο που μπορεί να ελεγχθεί.

Το φως είναι το πιο γρήγορο που έχουμε. Οι πιο τέλειοι φορείς είναι ακόμα άγνωστοι στην ανθρωπότητα. Ως εκ τούτου, θεωρούμε ότι όλα όσα σχετίζονται με τα νανοφωτονικά είναι εξαιρετικά ελπιδοφόρα. Πρόκειται για νέους τύπους υπολογιστικών συσκευών, νέες βιολογικές συσκευές, μια ολόκληρη σειρά εφαρμοζόμενων κατευθύνσεων.

Έχετε ήδη αναφέρει το «εργαστήριο σε ένα τσιπάκι». Τι είναι, πώς μπορεί να εφαρμοστεί ή εφαρμόζεται ήδη;

- "Εργαστήριο σε ένα τσιπ" - μια προσπάθεια αλλαγής της βάσης της εργασίας στον τομέα των βιοϊατρικών αναλύσεων. Για παράδειγμα, για να κάνουμε μια εξέταση αίματος σήμερα, πηγαίνουμε στο εργαστήριο και παίρνουμε δείγμα. Στη συνέχεια, για κάποιο χρονικό διάστημα - αρκετές ώρες ή αρκετές ημέρες - περιμένουμε το αποτέλεσμα. Έτσι, στο «εργαστήριο σε ένα τσιπ» η εργασία με δείγματα μεταφέρεται στο επίπεδο του μικρομέτρου, στη μικροκλίμακα. Αυτό σας επιτρέπει να επιταχύνετε ριζικά όλες τις διαδικασίες.

Θα είναι δυνατή η αξιολόγηση της κατάστασής μας σε πραγματικό χρόνο. Θα κουβαλάμε στις τσέπες μας κάποιο είδος συσκευής που θα λέει ότι όλα είναι καλά. Ή, για παράδειγμα, ότι το επίπεδο χοληστερόλης είναι υπέρβαση ή άλλος σημαντικός δείκτης.

Τι gadgets θα χρησιμοποιήσει ένα άτομο στο εγγύς μέλλον; Τι θα αντικαταστήσει τα υπάρχοντα «έξυπνα ρολόγια»;

- Αν φανταστούμε ότι έχει δημιουργηθεί ένας κβαντικός υπολογιστής και συσκευές τύπου «εργαστήριο σε τσιπ», οι οποίες διαθέτουν φωτονικές συσκευές «on board», με τις οποίες εργαζόμαστε ενεργά, τότε τα «έξυπνα ρολόγια» μας μπορούν να μετατραπούν σε λειτουργικό κέντρο δεδομένων με ισχύ μεγαλύτερη από οποιονδήποτε υπερυπολογιστή στη γη τώρα. Και αυτό είναι μόνο η αρχή.

Γιατί δεν πετούν τα αυτοκίνητα; Γιατί δεν έχουμε πηγή καυσίμου που θα μας επέτρεπε να κρατήσουμε τους κινητήρες σε λειτουργία για μεγάλο χρονικό διάστημα. Υπάρχει ένας κάθετος πίδακας απογείωσης και ένας τέτοιος κινητήρας θα μπορούσε να τοποθετηθεί σε ένα αυτοκίνητο. Ωστόσο, αυτό θα απαιτήσει μια ολόκληρη δεξαμενή καυσίμου.

Ένας κβαντικός υπολογιστής θα καταστήσει δυνατό τον υπολογισμό ουσιών με προκαθορισμένες ιδιότητες και τη δημιουργία νέων πηγών καυσίμου. Με την έλευση των πραγμάτων που κάνουμε σήμερα στο κέντρο, θα έρθουν πολλές νέες τεχνολογίες και όλες αυτές οι φανταστικές ταινίες Star Wars θα είναι κοντά στην πραγματικότητα μετά από λίγο.