Кванттык компьютер жана биосенсорлор менен россиялык илимий борбордун максаттары жана милдеттери

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-16 16:10

Кванттык компьютерлердин пайда болушу адамзатка отундун жаңы түрлөрүн түзүүгө жана медицинада ачылыш жасоого мүмкүндүк берет. Мындай пикирди Москва мамлекеттик техникалык университетинин алдындагы «Функционалдык микро/наносистема» илимий борборунун директору билдирди. Н. Э. Бауман Илья Родионов. Анын айтымында, ал жетектеген лабораториянын негизги милдеттеринин бири – кванттык эсептөө үчүн приборлорду иштеп чыгуу. Окумуштуу RT телеканалына берген маегинде адамдын абалын реалдуу убакытта диагностикалоо үчүн биосенсорлорду иштеп чыгуу тууралуу да айтты.

Сиздердин борбор кандайча түзүлдү, ал эмне?

- Борбордун түзүлгөнүнө аз эле убакыт мурун, беш жыл мурун. Аны түзүү идеясы жаңы физикалык принциптерге негизделген түзүлүштөрдү иштеп чыгууга негизделген. Биз дүйнөдө жок, адамдарга пайда алып келе турган технологияларды түзгүбүз келди.

Борборду түзүүгө 11 алдыңкы дүйнөлүк компания тартылган, бул керектүү инфраструктураны жана эң мыкты жабдууларды камсыздоого мүмкүндүк берди. Долбоор тездик менен, бир жылдын ичинде ишке ашты. Үч айдан кийин биз технологиялык чечимдерди иштеп чыга баштадык, алардын негизинде борбордогу бардык аппараттар бүгүн түзүлүп жатат.

Борбор "таза бөлмөгө" негизделген - нымдуулук, температура жана абадагы бөлүкчөлөрдүн саны көзөмөлдөнүүчү өнөр жай бөлмөсү. Бул параметрлер өтө маанилүү, анткени биз 10 нанометрге жакын, адамдын чачынын диаметринин миңден бир бөлүгүн түзгөн өтө кичинекей түзүлүштөр менен иштеп жатабыз.

Сиз жаңы муундун приборлору үчүн: кванттык компьютерлерден биологиялык сенсорлорго чейин элементтик базаны иштеп чыгуу боюнча изилдөөлөрдү жүргүзүп жатасыз. Эмне кыла алдыңыз?

- Биздин натыйжалар дүйнөлүк деңгээлге жетип, кээ бир жерлерде андан ашып кеткен негизги үч багытты бөлүп көрсөтөт элем. Бул борбор Россиядагы кванттык эсептөө чөйрөсүндөгү эң ири эки долбоордун башкы технологиялык подрядчысы болуп саналат. Алардын ар бири өзүнүн элементтик базасын иштеп чыгат: нанофотоника принциптерине негизделген фотоникалык микросхемалар жана супер өткөргүчтөрдүн негизиндеги кубит схемалары.

Россиядагы кванттык эсептөөлөр менен алектенген бардык алдыңкы лабораториялар биздин чиптерди колдонушат. Жеке параметрлер боюнча биздин аппараттардын функционалдык элементтери дүйнөлүк деңгээлден ашкан натыйжаларды көрсөтөт.

Экинчи багыт – биотехнология. Чипте деп аталган лабораторияларды түзүү үчүн бир нече технологиялар иштелип чыккан. Бул келечекте адамдардын өмүрүн сактап калууга жардам бере турган багыт. Биз реалдуу убакытта адамдын абалын аныктай турган, ал тургай терапиялык эффект бере турган көчмө аппараттарды жасап жатабыз.

Үчүнчү маанилүү багыт - сенсордук сенсорлорду жана нурлануу булактарын өнүктүрүү. Акыркы үч жылдын ичинде биз бир эле учурда бир нече дүйнөлүк рекорддорду койдук, өзгөчө маанилүү маркерлерге рекорддук сезгичтиги бар биологиялык сенсорлорду түздүк. Бул сенсорлордун кээ бирлери алар эриген материянын триллион бөлүкчөсүнөн үч бөлүкчөсүнө чейин аныктай алышат. Бүгүнкү күндө дүйнөдө мындай аппараттар жок.

Америкалык өнөктөштөрүбүз менен бирге биз бир фотондук булактар түзүлө турган конструкцияларды чыгарабыз. Бул биологияда, кванттык эсептөөдө жана коммуникацияда колдонулган түзүлүштөр.

Борбордо окуучулар менен иштөө кандай жолго коюлган? Сиз эң мыктылардын бардыгын же эң жакшысын гана жана белгилүү бир долбоор үчүн аласызбы?

- Бул жерге биздин университеттен эле эмес, мыктынын мыктылары келишет. Борбордо Бауманканын студенттеринин жана бүтүрүүчүлөрүнүн 90%дан ашыгы, ошондой эле Москва мамлекеттик университетинин жана Физтехтин жигиттери иштешет. Бардык университеттердин студенттери жана бүтүрүүчүлөрү үчүн эшигибиз ачык. Баса, мен көп айтам: “Балдар, бизде студенттер жок”. Бул бир гана нерсени билдирет - бул жерге келген ар бир адам дароо практикалык маселелер менен иштешет. Бауманка атагы чыккан орус окутуу методунун негизин реалдуу, «согуштук» тапшырмалар боюнча окутуу болуп саналат. Ар бир студент биздин кызматкер.

Ар кимдин техникага, материалдарга мүмкүнчүлүгү бар, алар өз алдынча бир нерсе кыла алабы?

- "Таза бөлмөнүн" ичиндеги айрым жабдуулар 2-3 миллион евро турат. Ошондуктан, албетте, ар кимдин колунан келе бербейт. Мындай жабдууларда өз алдынча иштөөдөн мурун, сиз көп баскычтуу окутуу системасынан өтүшүңүз керек. Биринчи тест - бул "таза бөлмөлөрдүн" ичиндеги жүрүм-турум жана иштөө эрежелерин билүү боюнча сынак.

Андан кийин балдар чет өлкөдө окуунун бир нече этаптарынан өтүшөт – же жабдууларды чыгаруучу ишканадан же бизге ыңгайлуу лабораториялардан. Алар узак убакыт бою окушат - жабдуулардын айрым бөлүктөрүнө жетүү үчүн, бир жылга жакын окуу керек.

Сиздердин борбордо жасалган чиптер Россиянын кванттык эсептөө менен алектенген алдыңкы лабораторияларында колдонулат деп айттыңыз. Сиздин иштеп чыгууларыңыз чыныгы физикалык түзүлүш түрүндөгү кванттык компьютерди түзүүгө кандайча жардам берет?

- Кванттык компьютерди куруу өтө татаал иш. Интегралдык түзүлүштөрдү, процессордук чиптерди иштеп чыгуу глобалдык кванттык долбоордун бир бөлүгү гана. Ал ошондой эле эң татаал алгоритмдерди, атайын программалык камсыздоону, эксперименталдык криогендик орнотууларды камтыйт.

Учурда ар кандай университеттердин жана илимий топтордун адистеринин чоң тобу коюлган максаттарды чечүү үстүндө иштеп жатат. Биздин милдет - кесиптештерибизге россиялык кванттык компьютер үчүн негиз боло турган жогорку сапаттагы элементтик база менен камсыз кылуу.

Биринчи чыныгы функционалдуу универсалдуу кванттык компьютер качан жана кайда пайда болот деп ойлойсуз? Эмне үчүн аны өнүктүрүү маанилүү?

- Кванттык компьютер кайда жана качан жараларын алдын ала айтуу кыйын. Дүйнөнүн алдыңкы лабораторияларынын жана ишканаларынын адистери 5 жылдан 20 жылга чейинки мөөнөттү аташат. Бизде борбордо жаш кызматкерлер бар, бирок биз прогноздорубузда сергекпиз. Жада калса 15-20 жыл абдан жакын убакыт. Кванттык компьютер бере турган мүмкүнчүлүктөр чексиз, алар адамзаттын жашоосун толугу менен өзгөртөт. Дарылардан, медициналык жабдуулардан баштап, жаңы энергия, жаңы материалдар менен аяктайт.

Мүмкүнчүлүктөр, биз акыры ракты жеңе алабыз. Колдонуу аймактарынын көп саны ультра ылдам эсептөөнү жана кванттык системаларды симуляциялоону талап кылат, бул кванттык процессорду жасоого мүмкүндүк берет. Бул адамзаттын улуу жетишкендиги, ал шексиз реалдуулукка айланат. Жана мен бул жерде болот деп үмүттөнөм.

Сиз биосенсорлорду түзүү жана алар үчүн материалдарды түзүү технологиясын өнүктүрүү жөнүндө айттыңыз. Иштеп жаткан прототиптер, келечектүү иштеп чыгуулар барбы?

- Биздин сыймыгыбыз - эпитаксиалдык материалдарды (кемчиликсиз кристалл торлуу материалдар. - RT) түзүүгө жаңы мамиле. Буга чейин алар абдан кымбат ыкмалар менен жасалган. Биздин команда салыштырмалуу арзан технологияны иштеп чыгууга жетишти, аны Россия Федерациясында патенттеп, азыр эл аралык патент берип жатабыз.

Биз дүйнө жүзү боюнча окумуштуулар акыркы 60 жылдан бери ийгиликсиз иштеп келе жаткан эпитаксиалдык күмүштү кантип түзүүнү үйрөндүк. Күмүштүн негизинде бир катар уникалдуу плазмоникалык приборлор түзүлдү: нурлануу булагы, рекорддук сезгичтиктеги сенсор, жүрөк-кан тамыр ооруларын аныктоо үчүн биологиялык маркерлердин детекторлору.

Ушул эле технология биосенсорикада жана бир фотондуу булактарда колдонулган башка металлдарга да тиешелүү. Мисалы, эпитаксиалдык алюминийдин негизинде биз супер өткөргүч кубиттерди жасайбыз. Биздин чечимибиз чыныгы универсалдуу болуп чыкты.

Нанофотониканын ролу жана мааниси тууралуу айтып берсеңиз. Эмне үчүн Орусия бул багытты өнүктүрүүгө муктаж?

- Акыркы он жылдыкта электроника абдан тез өнүгүп жатат. Бул аппараттардагы алып жүрүүчүлөр электрондор. Бирок электрон табиятынан чектелген. Ал эми фотоника бизге башка маалымат алып жүрүүчү - башкарылуучу фотон менен иштөө мүмкүнчүлүгүн берет.

Жарык бизде эң ылдам. Дагы кемчиликсиз алып жүрүүчүлөр адамзатка белгисиз. Ошондуктан, биз нанофотоникага тиешелүү нерселердин бардыгын өтө келечектүү деп эсептейбиз. Бул - эсептеечу приборлордун жацы турлеру, жацы биологиялык приборлор, прикладдык багыттардын буткул комплекси.

– Сиз “чиптеги лаборатория” жөнүндө айтып өттүңүз. Бул эмне, аны кантип колдонсо болот же азыр эле колдонулуп жатабы?

- "Чиптеги лаборатория" - биомедициналык анализдер тармагындагы иштин негизин өзгөртүү аракети. Мисалы, бүгүн кан анализин алуу үчүн лабораторияга барып, үлгү алып жатабыз. Андан кийин бир нече убакытка - бир нече саат же бир нече күн - биз натыйжаны күтөбүз. Ошентип, «чиптеги лабораторияда» үлгүлөр менен иштөө микрометрдик деңгээлге, микрошкалага өткөрүлөт. Бул бардык процесстерди туп-тамырынан бери ылдамдатууга мумкундук берет.

Биздин абалыбызды реалдуу убакытта баалоого болот. Биз чөнтөгүбүздө баары жакшы деген аппаратты алып кетебиз. Же, мисалы, холестеролдун деңгээли ашып кеткен же башка маанилүү көрсөткүч.

Жакынкы келечекте адам кандай гаджеттерди колдонот? Учурдагы "акылдуу сааттарды" эмне алмаштырат?

- Эгерде биз жигердүү иштеп жаткан “борттогу” фотоникалык түзүлүштөрү бар кванттык компьютер жана “чиптеги лаборатория” тибиндеги приборлор түзүлдү деп элестетсек, анда биздин “акылдуу сааттарыбызды” бир саатка айландырууга болот. азыр жер жүзүндөгү бардык суперкомпьютерден күчтүүрөөк кубаттуулукта иштеген маалымат борбору. Жана бул башталышы гана.

Эмне үчүн унаалар учпайт? Себэби бизде двигателлерин узак вагтлап ишлемегине мумкинчилик берер янгыч булагы ёк. Вертикалдуу учуучу учак бар жана мындай кыймылдаткычты машинага салууга болот. Бирок, бул күйүүчү майдын толук багын талап кылат.

Кванттык компьютер алдын ала аныкталган касиеттери бар заттарды эсептөөгө жана отундун жаңы булактарын түзүүгө мүмкүндүк берет. Бүгүнкү күндө биз борбордо жасап жаткан нерселердин пайда болушу менен көптөгөн жаңы технологиялар пайда болот жана бул фантастикалык Жылдыздар согушунун бардык тасмалары бир аздан кийин чындыкка жакын болот.