Matlamat dan objektif pusat saintifik Rusia dengan komputer kuantum dan biosensor

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Kemunculan komputer kuantum akan membolehkan manusia mencipta jenis bahan api baharu dan membuat terobosan dalam bidang perubatan. Pendapat ini dikongsi oleh pengarah Pusat Saintifik "Fungsi Mikro / Nanosystems" di Universiti Teknikal Negeri Moscow. N. E. Bauman Ilya Rodionov. Menurutnya, antara tugas utama makmal yang diketuainya ialah pembangunan peranti untuk pengkomputeran kuantum. Dalam temu bual dengan RT, saintis itu juga bercakap tentang pembangunan biosensor untuk mendiagnosis keadaan manusia dalam masa nyata.

Bagaimanakah pusat anda dicipta, apakah itu?

- Pusat itu diwujudkan tidak lama dahulu, lima tahun lalu. Idea penciptaannya adalah berdasarkan pembangunan peranti berdasarkan prinsip fizikal baru. Kami mahu mencipta teknologi yang belum wujud di dunia dan yang akan memberi manfaat kepada orang ramai.

11 syarikat terkemuka dunia terlibat dalam penciptaan pusat itu, yang memungkinkan untuk menyediakan infrastruktur yang diperlukan dan peralatan terbaik. Projek ini dilaksanakan dengan pantas, hanya dalam masa satu tahun. Tiga bulan kemudian, kami mula membangunkan penyelesaian teknologi, berdasarkan semua peranti di pusat sedang dibuat hari ini.

Pusat ini berdasarkan "bilik bersih" - bilik industri di mana kelembapan, suhu dan jumlah zarah di udara dikawal. Parameter ini sangat penting kerana kami bekerja dengan struktur yang sangat kecil, kira-kira 10 nanometer dalam saiz, yang merupakan perseribu diameter rambut manusia.

Anda sedang menjalankan penyelidikan tentang pembangunan asas elemen untuk peranti generasi baharu: daripada komputer kuantum kepada penderia biologi. Apa yang anda berjaya lakukan?

- Saya akan memilih tiga bidang utama di mana keputusan kami telah mencapai tahap dunia dan di beberapa tempat bahkan melebihinya. Pusat ini merupakan kontraktor teknologi terkemuka untuk dua projek terbesar di Rusia dalam bidang pengkomputeran kuantum. Setiap daripada mereka membangunkan asas elemennya sendiri: cip fotonik berdasarkan prinsip nanofotonik dan litar qubit berdasarkan superkonduktor.

Semua makmal terkemuka di Rusia yang berurusan dengan pengkomputeran kuantum menggunakan cip kami. Dalam parameter individu, elemen fungsi peranti kami menunjukkan hasil yang melebihi tahap dunia.

Bidang kedua ialah bioteknologi. Beberapa teknologi telah dibangunkan untuk mencipta apa yang dipanggil makmal pada cip. Ini adalah hala tuju yang akan membantu menyelamatkan nyawa pada masa hadapan. Kami sedang membangunkan peranti mudah alih yang boleh mendiagnosis keadaan seseorang dalam masa nyata dan juga melaksanakan kesan terapeutik.

Kawasan ketiga terpenting ialah pembangunan penderia sensor dan sumber sinaran. Sepanjang tiga tahun yang lalu, kami telah menetapkan beberapa rekod dunia sekaligus, mencipta penderia biologi dengan kepekaan rekod kepada penanda yang sangat penting. Sesetengah penderia ini boleh mengesan sehingga tiga zarah jirim bagi setiap trilion zarah jirim di mana ia terlarut. Tiada peranti sedemikian di dunia hari ini.

Bersama-sama dengan rakan kongsi Amerika kami, kami mengeluarkan struktur di mana sumber foton tunggal dicipta. Ini adalah peranti yang digunakan dalam biologi, pengkomputeran kuantum dan komunikasi.

Bagaimanakah kerja dengan pelajar dianjurkan di pusat? Adakah anda mendapat semua atau hanya yang terbaik daripada yang terbaik dan untuk projek tertentu?

- Yang terbaik dari yang terbaik sampai ke sini, dan bukan sahaja dari universiti kami. Lebih daripada 90% pelajar dan graduan Baumanka, serta lelaki dari Moscow State University dan Phystech, bekerja di pusat itu. Kami terbuka kepada pelajar dan graduan semua universiti. By the way, saya sering berkata: "Guys, kami tidak mempunyai pelajar di sini." Ini bermakna hanya satu perkara - setiap orang yang tiba di sini segera bekerja dengan masalah praktikal. Asas kaedah pengajaran Rusia, yang Baumanka terkenal, adalah mengajar tentang tugas-tugas "tempur" yang sebenar. Setiap pelajar adalah pekerja kami.

Setiap orang mempunyai akses kepada peralatan dan bahan, bolehkah mereka melakukan sesuatu sendiri?

- Kepingan individu peralatan di dalam "bilik bersih" berharga € 2-3 juta Oleh itu, sudah tentu, tidak semua orang mempunyai akses. Sebelum anda boleh bekerja secara bebas pada peralatan tersebut, anda mesti melalui sistem latihan pelbagai peringkat. Ujian pertama adalah peperiksaan mengenai pengetahuan tentang peraturan tingkah laku dan kerja di dalam "bilik bersih".

Kemudian lelaki itu melalui beberapa peringkat latihan di luar negara - sama ada dari pengeluar peralatan atau di makmal yang mesra kepada kami. Mereka belajar untuk masa yang lama - untuk mendapatkan akses kepada peralatan individu, anda perlu belajar selama kira-kira setahun.

Anda menyebut bahawa cip yang dibuat di pusat anda digunakan di semua makmal terkemuka Rusia yang terlibat dalam pengkomputeran kuantum. Bagaimanakah perkembangan anda akan membantu dalam mencipta komputer kuantum dalam bentuk peranti fizikal sebenar?

- Membina komputer kuantum adalah tugas yang amat sukar. Pembangunan peranti bersepadu, cip pemproses hanyalah sebahagian daripada projek kuantum global. Ia juga termasuk algoritma yang paling kompleks, penciptaan perisian khas, pemasangan kriogenik eksperimen.

Sekumpulan besar profesional dari pelbagai universiti dan kumpulan penyelidikan sedang berusaha untuk menyelesaikan matlamat yang ditetapkan. Tugas kami adalah untuk menyediakan rakan sekerja kami asas elemen berkualiti tinggi, yang akan berfungsi sebagai asas untuk komputer kuantum Rusia.

Bila dan di manakah anda fikir komputer kuantum universal berfungsi sebenar pertama akan muncul? Mengapakah perkembangannya penting?

- Sukar untuk meramalkan di mana dan bila komputer kuantum akan dicipta. Pakar dari makmal dan perusahaan terkemuka dunia memanggil istilah dari 5 hingga 20 tahun. Kami mempunyai pekerja muda di pusat, tetapi kami sedar dalam ramalan kami. Walaupun 15-20 tahun adalah masa yang sangat dekat. Kemungkinan yang akan diberikan oleh komputer kuantum adalah tidak berkesudahan, mereka akan mengubah sepenuhnya kehidupan manusia. Bermula dari ubat-ubatan, peralatan perubatan dan berakhir dengan tenaga baru, bahan baru.

Kemungkinan kita akhirnya akan dapat mengalahkan kanser. Sebilangan besar kawasan aplikasi memerlukan pengkomputeran ultra-pantas dan simulasi sistem kuantum, yang akan memungkinkan untuk membuat pemproses kuantum. Ini adalah pencapaian besar umat manusia, yang sudah pasti akan menjadi kenyataan. Dan saya harap ia berlaku di sini.

Anda bercakap tentang penciptaan biosensor dan pembangunan teknologi untuk mencipta bahan untuk mereka. Adakah terdapat prototaip yang berfungsi, perkembangan yang menjanjikan yang boleh anda bincangkan?

- Kebanggaan kami ialah pendekatan baharu kepada penciptaan bahan epitaxial (bahan dengan kekisi kristal yang sempurna. - RT). Sebelum ini, ia dibuat menggunakan kaedah yang sangat mahal. Pasukan kami berjaya membangunkan teknologi yang agak murah, yang kami patenkan di Persekutuan Rusia, dan kini kami mengeluarkan paten antarabangsa.

Kami belajar cara mencipta perak epitaxial, yang mana saintis di seluruh dunia telah bekerja dengan tidak berjaya selama 60 tahun yang lalu. Sebilangan peranti plasmonik unik telah dicipta berdasarkan perak: sumber sinaran, sensor dengan kepekaan rekod, pengesan penanda biologi untuk penentuan penyakit kardiovaskular.

Teknologi yang sama boleh digunakan untuk logam lain yang digunakan dalam biosensorik dan dalam sumber foton tunggal. Sebagai contoh, berdasarkan aluminium epitaxial, kami membuat qubit superkonduktor. Penyelesaian kami ternyata benar-benar universal.

Beritahu kami tentang peranan dan kepentingan nanofotonik. Mengapakah Rusia perlu membangunkan arah ini?

- Elektronik telah berkembang dengan sangat pesat sejak beberapa dekad yang lalu. Pembawa dalam peranti ini adalah elektron. Tetapi elektron sememangnya terhad. Photonics, sebaliknya, memberi kita peluang untuk bekerja dengan pembawa maklumat lain - foton yang boleh dikawal.

Cahaya adalah yang terpantas yang kita ada. Pembawa yang lebih sempurna masih belum diketahui oleh manusia. Oleh itu, kami menganggap semua yang berkaitan dengan nanofotonik sangat menjanjikan. Ini ialah jenis peranti pengkomputeran baharu, peranti biologi baharu, rangkaian keseluruhan arah yang digunakan.

Anda telah menyebut tentang "makmal pada cip". Apakah itu, bagaimana ia boleh digunakan atau adakah ia sudah digunakan?

- "Makmal pada Cip" - percubaan untuk mengubah asas kerja dalam bidang analisis bioperubatan. Sebagai contoh, untuk mendapatkan ujian darah hari ini, kita pergi ke makmal dan mengambil sampel. Kemudian untuk beberapa waktu - beberapa jam atau beberapa hari - kami menunggu hasilnya. Jadi, dalam "makmal pada cip" kerja dengan sampel dipindahkan ke tahap mikrometer, ke skala mikro. Ini membolehkan anda mempercepatkan semua proses secara radikal.

Anda boleh menilai keadaan kami dalam masa nyata. Kami akan membawa dalam poket kami beberapa jenis peranti yang akan mengatakan bahawa semuanya baik-baik saja. Atau, sebagai contoh, tahap kolesterol melebihi atau penunjuk penting lain.

Apakah alat yang akan digunakan oleh seseorang dalam masa terdekat? Apakah yang akan menggantikan "jam tangan pintar" sedia ada?

- Jika kita membayangkan bahawa komputer kuantum dan peranti jenis "makmal pada cip" telah dibuat, yang mempunyai peranti fotonik "di atas kapal", yang dengannya kami sedang bekerja secara aktif, maka "jam tangan pintar" kami boleh ditukar menjadi pusat data berfungsi dengan kuasa yang lebih besar daripada mana-mana superkomputer di bumi sekarang. Dan ini hanyalah permulaan.

Mengapa kereta tidak terbang? Kerana kami tidak mempunyai sumber bahan api yang membolehkan kami memastikan enjin beroperasi untuk jangka masa yang lama. Jet berlepas menegak wujud, dan enjin sedemikian boleh dimasukkan ke dalam kereta. Walau bagaimanapun, ini memerlukan keseluruhan tangki bahan api.

Komputer kuantum akan membolehkan untuk mengira bahan dengan sifat yang telah ditetapkan dan mencipta sumber bahan api baharu. Dengan kemunculan perkara yang kami lakukan di pusat hari ini, banyak teknologi baharu akan datang, dan semua filem Star Wars yang hebat ini akan hampir menjadi realiti selepas beberapa ketika.