Ciljevi i zadaci Ruskog naučnog centra sa kvantnim računarom i biosenzorima

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

Pojava kvantnih kompjutera omogućit će čovječanstvu da stvori nove vrste goriva i napravi proboj u medicini. Ovo mišljenje dijeli i direktor Naučnog centra "Funkcionalni mikro/nanosistemi" na Moskovskom državnom tehničkom univerzitetu. N. E. Bauman Ilja Rodionov. Prema njegovim riječima, jedan od glavnih zadataka laboratorije na čijem je čelu je razvoj uređaja za kvantno računanje. U intervjuu za RT, naučnik je govorio i o razvoju biosenzora za dijagnosticiranje ljudskog stanja u realnom vremenu.

Kako je nastao vaš centar, šta je to?

- Centar je nastao ne tako davno, prije pet godina. Ideja njegovog stvaranja zasniva se na razvoju uređaja zasnovanih na novim fizičkim principima. Željeli smo stvoriti tehnologije koje još ne postoje u svijetu i koje će koristiti ljudima.

U stvaranje centra bilo je uključeno 11 vodećih svjetskih kompanija, što je omogućilo da se obezbijedi neophodna infrastruktura i najbolja oprema. Projekat je realizovan brzo, za samo godinu dana. Tri mjeseca kasnije počeli smo razvijati tehnološka rješenja na osnovu kojih danas nastaju svi uređaji u centru.

Centar se zasniva na "čistoj sobi" - industrijskoj prostoriji u kojoj se kontrolišu vlažnost, temperatura i količina čestica u vazduhu. Ovi parametri su kritično važni jer radimo sa vrlo malim strukturama, veličine oko 10 nanometara, što je hiljaditi deo prečnika ljudske kose.

Sprovodite istraživanje o razvoju elementarne baze za uređaje nove generacije: od kvantnih kompjutera do bioloških senzora. Šta ste uspeli da uradite?

- Izdvojio bih tri ključne oblasti u kojima su naši rezultati dostigli svjetski nivo, a ponegdje ga i premašili. Centar je vodeći tehnološki izvođač za dva najveća projekta u Rusiji u oblasti kvantnog računarstva. Svaki od njih razvija sopstvenu bazu elemenata: fotonske čipove zasnovane na principima nanofotonike i kubit kola zasnovana na supravodnicima.

Sve vodeće laboratorije u Rusiji koje se bave kvantnim računarstvom koriste naše čipove. U pojedinačnim parametrima, funkcionalni elementi naših uređaja pokazuju rezultate koji premašuju svjetski nivo.

Druga oblast je biotehnologija. Razvijeno je nekoliko tehnologija za stvaranje takozvanih laboratorija na čipu. Ovo je pravac koji će pomoći u spašavanju života u budućnosti. Razvijamo prijenosne uređaje koji bi mogli dijagnosticirati stanje osobe u realnom vremenu, pa čak i imati terapeutski učinak.

Treće najvažnije područje je razvoj senzorskih senzora i izvora zračenja. U protekle tri godine postavili smo nekoliko svjetskih rekorda odjednom, kreirali biološke senzore rekordne osjetljivosti na posebno važne markere. Neki od ovih senzora mogu detektovati do tri čestice materije na trilion čestica materije u kojoj su rastvorene. Danas u svijetu ne postoje takvi uređaji.

Zajedno sa našim američkim partnerima proizvodimo strukture na kojima se stvaraju jednofotonski izvori. To su uređaji koji se koriste u biologiji, kvantnom računarstvu i komunikacijama.

Kako je organizovan rad sa studentima u centru? Dobijate li sve ili samo najbolje od najboljih i za određeni projekat?

- Ovde dolaze najbolji od najboljih, i to ne samo sa našeg univerziteta. Više od 90% studenata i diplomaca Baumanke, kao i momci sa Moskovskog državnog univerziteta i Phystecha, radi u centru. Otvoreni smo za studente i diplomce svih univerziteta. Inače, često kažem: "Momci, nemamo ovdje učenika." To znači samo jedno - svako ko dođe odmah radi sa praktičnim problemima. Osnova ruske nastavne metode, po kojoj je Baumanka poznata, je nastava na pravim, "borbenim" zadacima. Svaki student je naš zaposlenik.

Svako ima pristup opremi i materijalu, može li nešto svoje?

- Pojedinačni komadi opreme unutar "čiste sobe" koštaju 2-3 miliona evra, tako da, naravno, nemaju svi pristup. Prije nego što možete samostalno raditi na takvoj opremi, morate proći kroz višestepeni sistem obuke. Prvi test je provera poznavanja pravila ponašanja i rada u "čistim sobama".

Tada momci prolaze kroz nekoliko faza obuke u inostranstvu - bilo kod proizvođača opreme ili u nama prijateljskim laboratorijama. Oni uče dugo - da biste dobili pristup pojedinačnim dijelovima opreme, morate učiti oko godinu dana.

Spomenuli ste da se čipovi napravljeni u vašem centru koriste u svim vodećim ruskim laboratorijama koje se bave kvantnim računarstvom. Kako će vaš razvoj pomoći u stvaranju kvantnog kompjutera u obliku pravog fizičkog uređaja?

- Izrada kvantnog kompjutera je izuzetno težak zadatak. Razvoj integrisanih uređaja, procesorskih čipova samo je deo globalnog kvantnog projekta. Uključuje i najsloženije algoritme, izradu specijalnog softvera, eksperimentalne kriogene instalacije.

Na rješavanju postavljenih ciljeva trenutno radi veliki tim stručnjaka sa raznih univerziteta i istraživačkih grupa. Naš zadatak je da našim kolegama pružimo visokokvalitetnu bazu elemenata, koja će poslužiti kao osnova za ruski kvantni računar.

Kada i gdje mislite da će se pojaviti prvi pravi funkcionalni univerzalni kvantni kompjuter? Zašto je važan njen razvoj?

- Teško je predvideti gde će i kada nastati kvantni računar. Stručnjaci iz vodećih svjetskih laboratorija i preduzeća rokove nazivaju od 5 do 20 godina. Imamo mlade zaposlene u centru, ali smo trezveni u svojim prognozama. Čak 15-20 godina je vrlo blizu vrijeme. Mogućnosti koje će dati kvantni kompjuter su beskrajne, potpuno će promijeniti život čovječanstva. Počevši od lijekova, medicinske opreme pa do nove energije, novih materijala.

Šanse su da ćemo konačno moći pobijediti rak. Veliki broj oblasti primene zahteva ultra-brzo računarstvo i simulaciju kvantnih sistema, što će omogućiti izradu kvantnog procesora. Ovo je veliko dostignuće čovečanstva, koje će nesumnjivo postati stvarnost. I nadam se da će se to dogoditi upravo ovdje.

Govorili ste o stvaranju biosenzora i razvoju tehnologije za izradu materijala za njih. Postoje li prototipovi koji rade, obećavajući razvoji o kojima možete govoriti?

- Naš ponos je novi pristup stvaranju epitaksijalnih materijala (materijala sa savršenom kristalnom rešetkom. - RT). Ranije su pravljene veoma skupim metodama. Naš tim je uspio razviti relativno jeftinu tehnologiju koju smo patentirali u Ruskoj Federaciji, a sada izdajemo međunarodni patent.

Naučili smo kako da napravimo epitaksijalno srebro, na kojem naučnici širom svijeta neuspješno rade posljednjih 60 godina. Na bazi srebra stvoren je niz jedinstvenih plazmonskih uređaja: izvor zračenja, senzor rekordne osjetljivosti, detektori bioloških markera za određivanje kardiovaskularnih bolesti.

Ista tehnologija je primjenjiva i na druge metale koji se koriste u biosenzorici iu jednofotonskim izvorima. Na primjer, na bazi epitaksijalnog aluminija pravimo supravodljive kubite. Naše rješenje se pokazalo zaista univerzalnim.

Recite nam o ulozi i značaju nanofotonike. Zašto Rusija treba da razvija ovaj pravac?

- Elektronika se veoma brzo razvija poslednjih decenija. Nosioci u ovim uređajima su elektroni. Ali elektron je inherentno ograničen. Fotonika nam, s druge strane, daje mogućnost da radimo sa drugim nosiocem informacija – fotonom koji se može kontrolisati.

Svetlost je najbrža koju imamo. Savršeniji nosioci su još uvijek nepoznati čovječanstvu. Stoga smatramo da je sve što se tiče nanofotonike izuzetno obećavajuće. To su novi tipovi računarskih uređaja, novi biološki uređaji, čitav niz primijenjenih pravaca.

Već ste spomenuli "laboratoriju na čipu". Šta je to, kako se može primijeniti ili se već primjenjuje?

- “Laboratorija na čipu” – pokušaj promjene osnove rada u oblasti biomedicinskih analiza. Na primjer, da bismo danas uradili analizu krvi, idemo u laboratoriju i uzimamo uzorak. Zatim neko vrijeme - nekoliko sati ili nekoliko dana - čekamo rezultat. Dakle, u "laboratoriji na čipu" rad sa uzorcima se prenosi na mikrometarski nivo, na mikroskalu. To vam omogućava da radikalno ubrzate sve procese.

Biće moguće procijeniti naše stanje u realnom vremenu. Nosit ćemo u džepovima nekakav uređaj koji će reći da je sve u redu. Ili, na primjer, da je nivo holesterola prekoračen ili neki drugi važan pokazatelj.

Koje uređaje će osoba koristiti u bliskoj budućnosti? Šta će zamijeniti postojeće "pametne satove"?

- Ako zamislimo da su stvoreni kvantni kompjuter i uređaji tipa “laboratorij na čipu”, koji imaju “na brodu” fotoničke uređaje, sa kojima aktivno radimo, onda se naši “pametni satovi” mogu pretvoriti u radni centar podataka sa snagom većom od bilo kojeg superkompjutera na zemlji sada. A ovo je samo početak.

Zašto automobili ne lete? Jer nemamo izvor goriva koji bi nam omogućio da motori rade dugo vremena. Postoji mlaznjak za vertikalno uzlijetanje, a takav motor bi se mogao staviti u automobil. Međutim, to će zahtijevati cijeli rezervoar goriva.

Kvantni kompjuter će omogućiti da se izračunaju supstance sa unapred određenim svojstvima i kreiraju novi izvori goriva. Sa pojavom stvari koje danas radimo u centru, doći će mnogo novih tehnologija, a svi ovi fantastični Star Wars filmovi će nakon nekog vremena biti bliski stvarnosti.