Ռուսական գիտական կենտրոնի նպատակներն ու խնդիրները քվանտային համակարգչով և բիոսենսորներով

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

Քվանտային համակարգիչների հայտնվելը մարդկությանը թույլ կտա ստեղծել վառելիքի նոր տեսակներ և բեկում մտցնել բժշկության մեջ: Այս կարծիքը կիսում է Մոսկվայի պետական տեխնիկական համալսարանի «Ֆունկցիոնալ միկրո/նանոհամակարգեր» գիտական կենտրոնի տնօրենը։ Ն. Է. Բաուման Իլյա Ռոդիոնով. Նրա խոսքով, իր ղեկավարած լաբորատորիայի հիմնական խնդիրներից է քվանտային հաշվարկների համար սարքերի մշակումը։ RT-ին տված հարցազրույցում գիտնականը խոսել է նաև մարդու վիճակը իրական ժամանակում ախտորոշելու համար կենսասենսորների մշակման մասին։

Ինչպե՞ս ստեղծվեց Ձեր կենտրոնը, ի՞նչ է այն։

-Կենտրոնը ստեղծվել է ոչ վաղ անցյալում՝ հինգ տարի առաջ։ Նրա ստեղծման գաղափարը հիմնված է նոր ֆիզիկական սկզբունքների վրա հիմնված սարքերի մշակման վրա: Մենք ցանկանում էինք ստեղծել տեխնոլոգիաներ, որոնք դեռ չկան աշխարհում, և որոնք օգուտ կբերեն մարդկանց։

Կենտրոնի ստեղծմանը ներգրավվել են համաշխարհային 11 առաջատար ընկերություններ, որոնք հնարավորություն են տվել ապահովել անհրաժեշտ ենթակառուցվածքները և լավագույն սարքավորումները։ Ծրագիրն իրականացվել է արագ տեմպերով՝ ընդամենը մեկ տարում։ Երեք ամիս անց մենք սկսեցինք մշակել տեխնոլոգիական լուծումներ, որոնց հիման վրա այսօր ստեղծվում են կենտրոնում գտնվող բոլոր սարքերը։

Կենտրոնը հիմնված է «մաքուր սենյակի» վրա՝ արդյունաբերական սենյակ, որտեղ վերահսկվում է խոնավությունը, ջերմաստիճանը և օդի մասնիկների քանակը։ Այս պարամետրերը չափազանց կարևոր են, քանի որ մենք աշխատում ենք շատ փոքր կառուցվածքների հետ՝ մոտ 10 նանոմետր չափերով, որոնք մարդկային մազի տրամագծի հազարերորդականներն են:

Դուք հետազոտություններ եք կատարում նոր սերնդի սարքերի տարրական բազայի մշակման ուղղությամբ՝ քվանտային համակարգիչներից մինչև կենսաբանական սենսորներ: Ի՞նչ հաջողվեց անել։

-Կառանձնացնեի երեք առանցքային ուղղություններ, որոնցում մեր արդյունքները հասել են համաշխարհային մակարդակի և տեղ-տեղ նույնիսկ գերազանցել են այն։ Կենտրոնը առաջատար տեխնոլոգիական կապալառուն է քվանտային հաշվարկների ոլորտում Ռուսաստանի երկու խոշորագույն նախագծերի համար: Նրանցից յուրաքանչյուրը մշակում է իր սեփական տարրային բազան՝ ֆոտոնային չիպեր՝ հիմնված նանոֆոտոնիկայի սկզբունքների վրա և քյուբիթային սխեմաներ՝ հիմնված գերհաղորդիչների վրա։

Ռուսաստանի բոլոր առաջատար լաբորատորիաները, որոնք զբաղվում են քվանտային հաշվարկներով, օգտագործում են մեր չիպերը: Առանձին պարամետրերով մեր սարքերի ֆունկցիոնալ տարրերը ցույց են տալիս արդյունքներ, որոնք գերազանցում են համաշխարհային մակարդակը:

Երկրորդ ոլորտը կենսատեխնոլոգիան է։ Մի քանի տեխնոլոգիաներ են մշակվել չիպի վրա այսպես կոչված լաբորատորիաներ ստեղծելու համար։ Սա այն ուղղությունն է, որը կօգնի ապագայում կյանքեր փրկել։ Մենք մշակում ենք շարժական սարքեր, որոնք կարող են իրական ժամանակում ախտորոշել մարդու վիճակը և նույնիսկ թերապևտիկ ազդեցություն ունենալ։

Երրորդ կարևորագույն ոլորտը սենսորային սենսորների և ճառագայթման աղբյուրների զարգացումն է: Վերջին երեք տարիների ընթացքում մենք միանգամից մի քանի համաշխարհային ռեկորդ ենք սահմանել, ստեղծել ենք կենսաբանական սենսորներ՝ հատկապես կարևոր մարկերների նկատմամբ ռեկորդային զգայունությամբ։ Այս սենսորներից ոմանք կարող են հայտնաբերել մինչև երեք մասնիկ նյութի մեկ տրիլիոն մասնիկի համար, որում դրանք լուծված են: Այսօր աշխարհում նման սարքեր չկան։

Մեր ամերիկացի գործընկերների հետ մենք արտադրում ենք կառույցներ, որոնց վրա ստեղծվում են միաֆոտոնային աղբյուրներ: Սրանք սարքեր են, որոնք օգտագործվում են կենսաբանության, քվանտային հաշվարկների և հաղորդակցության մեջ:

Ինչպե՞ս է կազմակերպվում ուսանողների հետ աշխատանքը կենտրոնում։ Դուք ստանում եք բոլորը կամ միայն լավագույններից լավագույնները և կոնկրետ նախագծի համար:

- Լավագույններից լավագույնները այստեղ են հասնում, և ոչ միայն մեր համալսարանից։ Կենտրոնում աշխատում են Բաումանկայի ուսանողների և շրջանավարտների ավելի քան 90%-ը, ինչպես նաև Մոսկվայի պետական համալսարանի և Ֆիզտեխի տղաները։ Մենք բաց ենք բոլոր բուհերի ուսանողների և շրջանավարտների համար։ Ի դեպ, հաճախ եմ ասում. «Տղե՛րք, մենք այստեղ ուսանող չունենք»։ Սա նշանակում է միայն մեկ բան՝ յուրաքանչյուր ոք, ով անմիջապես հասնում է այստեղ, աշխատում է գործնական խնդիրներով։ Ռուսական ուսուցման մեթոդի հիմքը, որով հայտնի է Բաումանկան, իրական, «մարտական» առաջադրանքների ուսուցումն է։ Յուրաքանչյուր ուսանող մեր աշխատակիցն է։

Բոլորին հասանելի են սարքավորումներն ու նյութերը, կարո՞ղ են ինքնուրույն ինչ-որ բան անել:

- «Մաքուր սենյակի» ներսում սարքավորումների առանձին մասերն արժեն 2-3 միլիոն եվրո, հետևաբար, իհարկե, ոչ բոլորին են հասանելի: Նախքան նման սարքավորումների վրա ինքնուրույն աշխատելը, դուք պետք է անցնեք բազմաստիճան վերապատրաստման համակարգ: Առաջին թեստը «մաքուր սենյակների» ներսում վարքի և աշխատանքի կանոնների իմացության քննություն է։

Հետո տղաները արտերկրում վերապատրաստման մի քանի փուլ են անցնում՝ կա՛մ սարքավորումներ արտադրողից, կա՛մ մեզ համար բարեկամական լաբորատորիաներում: Նրանք երկար են սովորում` առանձին սարքավորումների հասանելիություն ձեռք բերելու համար պետք է սովորել մոտ մեկ տարի:

Դուք նշեցիք, որ ձեր կենտրոնում պատրաստված չիպերն օգտագործվում են քվանտային հաշվարկով զբաղվող ռուսական բոլոր առաջատար լաբորատորիաներում։ Ինչպե՞ս ձեր զարգացումները կօգնեն իրական ֆիզիկական սարքի տեսքով քվանտային համակարգիչ ստեղծելուն:

-Քվանտային համակարգիչ կառուցելը չափազանց բարդ խնդիր է։ Ինտեգրված սարքերի, պրոցեսորային չիպերի մշակումը գլոբալ քվանտային նախագծի միայն մի մասն է։ Այն ներառում է նաև ամենաբարդ ալգորիթմները, հատուկ ծրագրերի ստեղծումը, փորձարարական կրիոգեն ինստալացիաները։

Տարբեր համալսարանների և գիտահետազոտական խմբերի մասնագետների մեծ թիմը ներկայումս աշխատում է առաջադրված նպատակների լուծման վրա։ Մեր խնդիրն է մեր գործընկերներին ապահովել բարձրորակ էլեմենտային բազա, որը հիմք կծառայի ռուսական քվանտային համակարգչի համար։

Ի՞նչ եք կարծում, ե՞րբ և որտե՞ղ կհայտնվի առաջին իրական ֆունկցիոնալ ունիվերսալ քվանտային համակարգիչը: Ինչու է դրա զարգացումը կարևոր:

- Դժվար է կանխատեսել, թե որտեղ և երբ կստեղծվի քվանտային համակարգիչ։ Աշխարհի առաջատար լաբորատորիաների և ձեռնարկությունների փորձագետները ժամկետներն անվանում են 5-ից 20 տարի: Կենտրոնում երիտասարդ աշխատակիցներ ունենք, բայց կանխատեսումներում սթափ ենք։ Նույնիսկ 15-20 տարին շատ մոտ ժամանակ է։ Այն հնարավորությունները, որոնք կտա քվանտային համակարգիչը, անսահման են, դրանք ամբողջությամբ կփոխեն մարդկության կյանքը։ Սկսած դեղերից, բժշկական սարքավորումներից և վերջացրած նոր էներգիայով, նոր նյութերով։

Հավանականությունը մեծ է, որ մենք վերջապես կկարողանանք հաղթել քաղցկեղին: Մեծ թվով կիրառական տարածքներ պահանջում են գերարագ հաշվարկներ և քվանտային համակարգերի մոդելավորում, ինչը հնարավորություն կտա ստեղծել քվանտային պրոցեսոր։ Սա մարդկության մեծ ձեռքբերում է, որն անկասկած իրականություն է դառնալու։ Եվ ես հույս ունեմ, որ դա տեղի կունենա հենց այստեղ:

Դուք խոսեցիք բիոսենսորների ստեղծման և դրանց համար նյութեր ստեղծելու տեխնոլոգիայի զարգացման մասին։ Կա՞ն աշխատանքային նախատիպեր, խոստումնալից զարգացումներ, որոնց մասին կարող եք խոսել։

- Մեր հպարտությունը էպիտաքսիալ նյութերի ստեղծման նոր մոտեցումն է (կատարյալ բյուրեղյա ցանցով նյութեր. - RT): Նախկինում դրանք պատրաստվում էին շատ թանկարժեք մեթոդներով։ Մեր թիմին հաջողվել է մշակել համեմատաբար էժան տեխնոլոգիա, որը մենք արտոնագրել ենք Ռուսաստանի Դաշնությունում, հիմա էլ միջազգային արտոնագիր ենք տալիս։

Մենք սովորեցինք, թե ինչպես կարելի է ստեղծել էպիտաքսիալ արծաթ, որի վրա ամբողջ աշխարհի գիտնականները անհաջող են աշխատել վերջին 60 տարիների ընթացքում: Արծաթի հիման վրա ստեղծվել են մի շարք եզակի պլազմոնիկ սարքեր՝ ճառագայթման աղբյուր, ռեկորդային զգայունությամբ սենսոր, սրտանոթային հիվանդությունների որոշման կենսաբանական մարկերների դետեկտորներ։

Նույն տեխնոլոգիան կիրառելի է այլ մետաղների համար, որոնք օգտագործվում են բիոսենսորային և միաֆոտոն աղբյուրներում: Օրինակ, էպիտաքսիալ ալյումինի հիման վրա մենք պատրաստում ենք գերհաղորդիչ քուբիթներ։ Մեր լուծումը պարզվեց, որ իսկապես ունիվերսալ է։

Պատմեք նանոֆոտոնիկայի դերի ու նշանակության մասին։ Ինչո՞ւ է Ռուսաստանին պետք զարգացնել այս ուղղությունը։

- Էլեկտրոնիկան շատ արագ զարգանում է վերջին տասնամյակների ընթացքում։ Այս սարքերի կրիչները էլեկտրոններն են: Բայց էլեկտրոնն իր էությամբ սահմանափակ է: Ֆոտոնիկան, մյուս կողմից, մեզ հնարավորություն է տալիս աշխատել մեկ այլ տեղեկատվական կրիչի հետ՝ կառավարելի ֆոտոն:

Լույսն ամենաարագն է, ինչ մենք ունենք: Ավելի կատարյալ կրիչներ դեռևս անհայտ են մարդկությանը: Ուստի նանոֆոտոնիկայի հետ կապված ամեն ինչ չափազանց խոստումնալից ենք համարում։ Սրանք նոր տեսակի հաշվողական սարքեր են, նոր կենսաբանական սարքեր, կիրառական ուղղությունների մի ամբողջ շարք։

Դուք արդեն նշել եք «չիպի վրա լաբորատորիան»։ Ի՞նչ է դա, ինչպե՞ս կարելի է կիրառել, թե՞ արդեն կիրառվում է։

- «Լաբորատորիա չիպի վրա»՝ կենսաբժշկական վերլուծությունների ոլորտում աշխատանքի հիմքը փոխելու փորձ: Օրինակ՝ այսօր արյան անալիզ անելու համար գնում ենք լաբորատորիա, նմուշառում։ Հետո որոշ ժամանակ՝ մի քանի ժամ կամ մի քանի օր, սպասում ենք արդյունքին։ Այսպիսով, «չիպի վրա լաբորատորիայում» նմուշների հետ աշխատանքը տեղափոխվում է միկրոմետրի մակարդակ՝ միկրոսանդղակի։ Սա թույլ է տալիս արմատապես արագացնել բոլոր գործընթացները:

Մեր վիճակը հնարավոր կլինի իրական ժամանակում գնահատել։ Մենք մեր գրպաններում ինչ-որ սարք ենք կրելու, որը կասի, որ ամեն ինչ լավ է։ Կամ, օրինակ, որ խոլեստերինի մակարդակը գերազանցված է կամ մեկ այլ կարեւոր ցուցանիշ։

Ի՞նչ գաջեթներ կօգտագործի մարդը մոտ ապագայում։ Ի՞նչը կփոխարինի գոյություն ունեցող «խելացի ժամացույցներին»

- Եթե պատկերացնենք, որ ստեղծվել է քվանտային համակարգիչ և «չիպի վրա լաբորատորիա» տիպի սարքեր, որոնք ունեն «բորտ» ֆոտոնիկայի սարքեր, որոնցով մենք ակտիվ աշխատում ենք, ապա մեր «խելացի ժամացույցները» կարող են վերածվել. աշխատող տվյալների կենտրոն, որն ունի ավելի մեծ հզորություն, քան այժմ երկրի վրա գտնվող ցանկացած սուպերհամակարգիչ: Եվ սա դեռ սկիզբն է։

Ինչու մեքենաները չեն թռչում: Որովհետև մենք չունենք վառելիքի աղբյուր, որը թույլ կտա մեզ երկար ժամանակ աշխատել շարժիչները։ Գոյություն ունի ուղղահայաց թռիչք, և այդպիսի շարժիչը կարող է տեղադրվել մեքենայի մեջ: Այնուամենայնիվ, դրա համար կպահանջվի վառելիքի մի ամբողջ բաք:

Քվանտային համակարգիչը հնարավորություն կտա հաշվարկել նախապես որոշված հատկություններով նյութերը և ստեղծել վառելիքի նոր աղբյուրներ։ Այն բաների գալուստով, որոնք մենք այսօր անում ենք կենտրոնում, կգան շատ նոր տեխնոլոգիաներ, և Աստղային պատերազմների այս բոլոր ֆանտաստիկ ֆիլմերը որոշ ժամանակ անց մոտ կլինեն իրականությանը: