Mga layunin at layunin ng sentrong pang-agham ng Russia na may isang quantum computer at mga biosensor

2024 May -akda: Seth Attwood | [email protected]. Huling binago: 2023-12-16 16:18

Ang pagdating ng mga quantum computer ay magpapahintulot sa sangkatauhan na lumikha ng mga bagong uri ng gasolina at gumawa ng isang pambihirang tagumpay sa medisina. Ang opinyon na ito ay ibinahagi ng direktor ng Scientific Center na "Functional Micro / Nanosystems" sa Moscow State Technical University. N. E. Bauman Ilya Rodionov. Ayon sa kanya, isa sa mga pangunahing gawain ng laboratoryo na pinamumunuan niya ay ang pagbuo ng mga aparato para sa quantum computing. Sa isang pakikipanayam sa RT, nagsalita din ang siyentipiko tungkol sa pagbuo ng mga biosensor para sa pag-diagnose ng kondisyon ng tao sa real time.

Paano ginawa ang iyong sentro, ano ito?

- Ang sentro ay nilikha hindi pa katagal, limang taon na ang nakakaraan. Ang ideya ng paglikha nito ay batay sa pagbuo ng mga aparato batay sa mga bagong pisikal na prinsipyo. Nais naming lumikha ng mga teknolohiyang hindi pa umiiral sa mundo at makikinabang sa mga tao.

11 nangungunang kumpanya sa mundo ang kasangkot sa paglikha ng sentro, na naging posible upang magbigay ng kinakailangang imprastraktura at pinakamahusay na kagamitan. Mabilis na ipinatupad ang proyekto, sa loob lamang ng isang taon. Pagkalipas ng tatlong buwan, nagsimula kaming bumuo ng mga teknolohikal na solusyon, batay sa kung saan ang lahat ng mga device sa center ay nililikha ngayon.

Ang sentro ay batay sa isang "malinis na silid" - isang silid na pang-industriya kung saan ang halumigmig, temperatura, at ang dami ng mga particle sa hangin ay kinokontrol. Ang mga parameter na ito ay kritikal na mahalaga dahil nagtatrabaho kami sa napakaliit na mga istraktura, mga 10 nanometer ang laki, na ikasampu ng diameter ng isang buhok ng tao.

Nagsasagawa ka ng pananaliksik sa pagbuo ng base ng elemento para sa mga device ng isang bagong henerasyon: mula sa mga quantum computer hanggang sa mga biological sensor. Ano ang nagawa mong gawin?

- Iisa-isahin ko ang tatlong pangunahing bahagi kung saan ang aming mga resulta ay umabot sa antas ng mundo at sa ilang mga lugar ay lumampas pa dito. Ang sentro ay ang nangungunang teknolohikal na kontratista para sa dalawa sa pinakamalaking proyekto sa Russia sa larangan ng quantum computing. Ang bawat isa sa kanila ay bubuo ng sarili nitong base ng elemento: photonic chips batay sa mga prinsipyo ng nanophotonics at qubit circuits batay sa superconductor.

Ang lahat ng nangungunang laboratoryo sa Russia na nakikitungo sa quantum computing ay gumagamit ng aming mga chips. Sa mga indibidwal na parameter, ang mga functional na elemento ng aming mga device ay nagpapakita ng mga resultang lampas sa antas ng mundo.

Ang pangalawang lugar ay biotechnology. Maraming mga teknolohiya ang binuo para sa paglikha ng tinatawag na mga laboratoryo sa isang chip. Ito ang direksyon na makakatulong sa pagliligtas ng mga buhay sa hinaharap. Gumagawa kami ng mga portable na device na maaaring mag-diagnose ng kondisyon ng isang tao sa real time at magsagawa pa ng therapeutic effect.

Ang ikatlong pinakamahalagang lugar ay ang pagbuo ng mga sensor sensor at radiation source. Sa nakalipas na tatlong taon, nagtakda kami ng ilang mga world record nang sabay-sabay, lumikha ng mga biological sensor na may record sensitivity sa mga partikular na mahahalagang marker. Ang ilan sa mga sensor na ito ay maaaring makakita ng hanggang tatlong particle ng matter sa bawat trilyong particle ng matter kung saan sila ay natunaw. Walang ganoong kagamitan sa mundo ngayon.

Kasama ang aming mga kasosyong Amerikano, gumagawa kami ng mga istruktura kung saan nilikha ang mga pinagmumulan ng single-photon. Ito ang mga device na ginagamit sa biology, quantum computing, at komunikasyon.

Paano nakaayos ang gawain sa mga mag-aaral sa sentro? Nakukuha mo ba ang lahat o tanging ang pinakamahusay sa pinakamahusay at para sa isang partikular na proyekto?

- Ang pinakamahusay sa pinakamahusay na pumunta dito, at hindi lamang mula sa aming unibersidad. Mahigit sa 90% ng mga mag-aaral at nagtapos ng Baumanka, pati na rin ang mga lalaki mula sa Moscow State University at Phystech, ay nagtatrabaho sa sentro. Kami ay bukas sa mga mag-aaral at nagtapos ng lahat ng unibersidad. Siyanga pala, madalas kong sabihin: "Guys, wala tayong mga estudyante dito." Isa lang ang ibig sabihin nito - lahat ng nakarating dito ay agad na gumagana sa mga praktikal na problema. Ang batayan ng paraan ng pagtuturo ng Ruso, kung saan sikat si Baumanka, ay nagtuturo sa tunay, "labanan" na mga gawain. Ang bawat estudyante ay empleyado namin.

Ang bawat tao'y may access sa kagamitan at materyales, may magagawa ba sila sa kanilang sarili?

- Ang mga indibidwal na piraso ng kagamitan sa loob ng "malinis na silid" ay nagkakahalaga ng € 2-3 milyon. Samakatuwid, siyempre, hindi lahat ay may access. Bago ka makapag-iisa na magtrabaho sa naturang kagamitan, dapat kang dumaan sa isang multi-stage na sistema ng pagsasanay. Ang unang pagsubok ay isang pagsusuri sa kaalaman sa mga tuntunin ng pag-uugali at trabaho sa loob ng "malinis na mga silid".

Pagkatapos ang mga lalaki ay dumaan sa ilang mga yugto ng pagsasanay sa ibang bansa - mula sa isang tagagawa ng kagamitan o sa mga laboratoryo na palakaibigan sa amin. Nag-aaral sila nang mahabang panahon - upang makakuha ng access sa mga indibidwal na piraso ng kagamitan, kailangan mong mag-aral nang halos isang taon.

Nabanggit mo na ang mga chip na ginawa sa iyong center ay ginagamit sa lahat ng nangungunang mga laboratoryo ng Russia na nakikibahagi sa quantum computing. Paano makakatulong ang iyong mga pag-unlad sa paglikha ng isang quantum computer sa anyo ng isang tunay na pisikal na aparato?

- Ang pagbuo ng isang quantum computer ay isang napakahirap na gawain. Ang pag-unlad ng pinagsama-samang mga aparato, ang mga processor chips ay bahagi lamang ng pandaigdigang proyektong quantum. Kasama rin dito ang pinaka-kumplikadong mga algorithm, ang paglikha ng espesyal na software, mga pang-eksperimentong cryogenic installation.

Ang isang malaking pangkat ng mga propesyonal mula sa iba't ibang unibersidad at mga pangkat ng pananaliksik ay kasalukuyang nagtatrabaho sa paglutas ng mga itinakdang layunin. Ang aming gawain ay upang bigyan ang aming mga kasamahan ng isang mataas na kalidad na base ng elemento, na magsisilbing batayan para sa isang Russian quantum computer.

Kailan at saan sa tingin mo lalabas ang unang tunay na gumaganang unibersal na quantum computer? Bakit mahalaga ang pag-unlad nito?

- Mahirap hulaan kung saan at kailan gagawin ang isang quantum computer. Tinatawag ng mga eksperto mula sa mga nangungunang laboratoryo at negosyo sa mundo ang mga termino mula 5 hanggang 20 taon. Mayroon kaming mga batang empleyado sa sentro, ngunit kami ay matino sa aming mga pagtataya. Kahit na ang 15-20 taon ay isang napakalapit na panahon. Ang mga posibilidad na ibibigay ng isang quantum computer ay walang katapusang, ganap nilang babaguhin ang buhay ng sangkatauhan. Simula sa mga gamot, kagamitang medikal at nagtatapos sa bagong enerhiya, mga bagong materyales.

Malamang na sa wakas ay matatalo na natin ang cancer. Ang isang malaking bilang ng mga lugar ng aplikasyon ay nangangailangan ng napakabilis na pag-compute at simulation ng mga quantum system, na gagawing posible na gumawa ng isang quantum processor. Ito ay isang mahusay na tagumpay ng sangkatauhan, na walang alinlangan na magiging isang katotohanan. At umaasa akong mangyari ito dito.

Nagsalita ka tungkol sa paglikha ng mga biosensor at pag-unlad ng teknolohiya para sa paglikha ng mga materyales para sa kanila. Mayroon bang gumaganang mga prototype, na nangangako ng mga pag-unlad na maaari mong pag-usapan?

- Ang aming pagmamataas ay isang bagong diskarte sa paglikha ng mga epitaxial na materyales (mga materyales na may perpektong kristal na sala-sala. - RT). Dati, ginawa ang mga ito gamit ang napakamahal na pamamaraan. Nagawa ng aming team na bumuo ng medyo murang teknolohiya, na aming na-patent sa Russian Federation, at ngayon ay nag-isyu kami ng internasyonal na patent.

Natutunan namin kung paano lumikha ng epitaxial silver, kung saan ang mga siyentipiko sa buong mundo ay hindi matagumpay na nagtatrabaho sa nakalipas na 60 taon. Ang isang bilang ng mga natatanging plasmonic na aparato ay nilikha batay sa pilak: isang mapagkukunan ng radiation, isang sensor na may sensitivity ng rekord, mga detektor ng mga biological marker para sa pagpapasiya ng mga sakit sa cardiovascular.

Ang parehong teknolohiya ay naaangkop sa iba pang mga metal na ginagamit sa biosensorics at sa single-photon source. Halimbawa, batay sa epitaxial aluminum, gumagawa kami ng mga superconducting qubit. Ang aming solusyon ay naging tunay na pangkalahatan.

Sabihin sa amin ang tungkol sa papel at kahalagahan ng nanophotonics. Bakit kailangang paunlarin ng Russia ang direksyong ito?

- Napakabilis ng pag-unlad ng electronics sa nakalipas na mga dekada. Ang mga carrier sa mga device na ito ay mga electron. Ngunit ang elektron ay likas na limitado. Ang Photonics, sa kabilang banda, ay nagbibigay sa amin ng pagkakataong makipagtulungan sa isa pang carrier ng impormasyon - isang photon na maaaring kontrolin.

Ang liwanag ang pinakamabilis na mayroon tayo. Higit pang mga perpektong carrier ay hindi pa rin alam ng sangkatauhan. Samakatuwid, isinasaalang-alang namin ang lahat na may kaugnayan sa nanophotonics na lubos na nangangako. Ito ay mga bagong uri ng computing device, bagong biological device, isang buong hanay ng mga inilapat na direksyon.

Nabanggit mo na ang "laboratory on a chip". Ano ito, paano ito mailalapat o ito ay inilalapat na?

- "Laboratory on a Chip" - isang pagtatangka na baguhin ang batayan ng trabaho sa larangan ng biomedical na pagsusuri. Halimbawa, upang makakuha ng pagsusuri sa dugo ngayon, pumunta kami sa laboratoryo at kumuha ng sample. Pagkatapos ng ilang oras - ilang oras o ilang araw - naghihintay kami para sa resulta. Kaya, sa "laboratory on a chip" ang trabaho na may mga sample ay inilipat sa antas ng micrometer, sa microscale. Pinapayagan ka nitong radikal na pabilisin ang lahat ng mga proseso.

Magiging posible na masuri ang aming kalagayan sa real time. Magdadala kami sa aming mga bulsa ng ilang uri ng aparato na magsasabi na maayos ang lahat. O, halimbawa, na ang antas ng kolesterol ay nalampasan o isa pang mahalagang tagapagpahiwatig.

Anong mga gadget ang gagamitin ng isang tao sa malapit na hinaharap? Ano ang papalit sa kasalukuyang "matalinong relo"?

- Kung iniisip natin na ang isang quantum computer at mga device ng uri ng "laboratory on a chip" ay nilikha, na mayroong "nakasakay" na mga photonics device, kung saan kami ay aktibong nagtatrabaho, kung gayon ang aming "matalinong relo" ay maaaring gawing isang gumaganang data center na may kapangyarihan na mas malaki kaysa sa anumang supercomputer sa mundo ngayon. At ito ay simula pa lamang.

Bakit hindi lumilipad ang mga sasakyan? Dahil wala kaming pinagmumulan ng gasolina na magpapahintulot sa amin na panatilihing tumatakbo ang mga makina sa mahabang panahon. Mayroong vertical takeoff jet, at maaaring ilagay ang naturang makina sa isang kotse. Gayunpaman, mangangailangan ito ng isang buong tangke ng gasolina.

Ang isang quantum computer ay gagawing posible upang makalkula ang mga sangkap na may paunang natukoy na mga katangian at lumikha ng mga bagong mapagkukunan ng gasolina. Sa pagdating ng mga bagay na ginagawa natin sa sentro ngayon, maraming bagong teknolohiya ang darating, at lahat ng kamangha-manghang Star Wars na pelikulang ito ay malapit na sa realidad pagkaraan ng ilang sandali.