Az orosz tudományos központ céljai és célkitűzései kvantumszámítógéppel és bioszenzorokkal

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

A kvantumszámítógépek megjelenése lehetővé teszi az emberiség számára, hogy új típusú üzemanyagokat hozzon létre, és áttörést érjen el az orvostudományban. Ezt a véleményt osztja a Moszkvai Állami Műszaki Egyetem "Funkcionális Mikro-/Nanorendszerek" Tudományos Központjának igazgatója. N. E. Bauman Ilja Rodionov. Elmondása szerint az általa vezetett laboratórium egyik fő feladata a kvantumszámítástechnikai eszközök fejlesztése. A tudós az RT-nek adott interjújában az emberi állapot valós idejű diagnosztizálására alkalmas bioszenzorok fejlesztéséről is beszélt.

Hogyan jött létre a központja, mi az?

- A központ nem is olyan régen, öt éve jött létre. Létrehozásának ötlete új fizikai elveken alapuló eszközök fejlesztésén alapul. Olyan technológiákat akartunk létrehozni, amelyek még nem léteznek a világon, és amelyek az emberek javát szolgálják.

A központ létrehozásában 11 vezető világcég vett részt, amely lehetővé tette a szükséges infrastruktúra és a legjobb felszerelés biztosítását. A projektet gyorsan, mindössze egy év alatt megvalósították. Három hónappal később megkezdtük a technológiai megoldások kidolgozását, amelyek alapján ma már a központ összes eszköze készül.

A központ alapja egy "tiszta helyiség" - egy ipari helyiség, amelyben szabályozzák a páratartalmat, a hőmérsékletet és a levegőben lévő részecskék mennyiségét. Ezek a paraméterek kritikus fontosságúak, mert nagyon kicsi, körülbelül 10 nanométeres szerkezetekkel dolgozunk, amelyek az emberi hajszál átmérőjének ezredrészei.

Ön egy új generációs eszközök elembázisának fejlesztésével kapcsolatos kutatásokat végez: a kvantumszámítógépektől a biológiai szenzorokig. mit sikerült csinálni?

– Három olyan kiemelt területet emelnék ki, amelyen az eredményeink elérték a világszintet, sőt helyenként meg is haladták azt. A központ Oroszország két legnagyobb projektjének vezető technológiai vállalkozója a kvantumszámítástechnika területén. Mindegyik kifejleszti a saját elembázisát: a nanofotonika elvein alapuló fotonikus chipeket és a szupravezetőkre épülő qubit áramköröket.

Oroszország összes vezető laboratóriuma, amely kvantumszámítástechnikával foglalkozik, használja a chipjeinket. Egyedi paraméterekben készülékeink funkcionális elemei világszintet meghaladó eredményeket mutatnak.

A második terület a biotechnológia. Számos technológiát fejlesztettek ki az úgynevezett laboratóriumok chipen történő létrehozására. Ez az az irány, amely a jövőben életeket menthet. Olyan hordozható eszközöket fejlesztünk, amelyek valós időben képesek diagnosztizálni az ember állapotát, és akár terápiás hatást is kifejtenek.

A harmadik legfontosabb terület az érzékelő szenzorok és sugárforrások fejlesztése. Az elmúlt három évben egyszerre több világrekordot állítottunk fel, rekordérzékenységű biológiai érzékelőket alkottunk a különösen fontos markerekre. Ezen érzékelők némelyike akár három anyagrészecskét is képes kimutatni trillió anyagrészecskére számítva, amelyben feloldódtak. Ma már nincsenek ilyen eszközök a világon.

Amerikai partnereinkkel közösen olyan szerkezeteket gyártunk, amelyeken egyfotonos forrásokat hozunk létre. Ezek olyan eszközök, amelyeket a biológiában, a kvantumszámítástechnikában és a kommunikációban használnak.

Hogyan szerveződik a diákokkal való munka a központban? Mindent, vagy csak a legjobbat kapja egy adott projekthez?

- A legjobbak legjobbjai kerülnek ide, és nem csak az egyetemünkről. A Baumanka hallgatóinak és diplomásainak több mint 90%-a, valamint a Moszkvai Állami Egyetem és a Phystech srácai a központban dolgoznak. Nyitottak vagyunk minden egyetem hallgatói és végzett hallgatói előtt. Egyébként gyakran mondom: "Srácok, nincs itt diákunk." Ez csak egyet jelent – mindenki, aki ide kerül, azonnal gyakorlati problémákkal dolgozik. Az orosz tanítási módszer alapja, amelyről Baumanka híres, a valódi, „harci” feladatokon való tanítás. Minden diákunk a munkatársunk.

Mindenki hozzáfér a felszerelésekhez, anyagokhoz, tud-e önállóan csinálni valamit?

- A "tiszta helyiségben" lévő egyedi berendezések 2-3 millió euróba kerülnek, ezért természetesen nem mindenki fér hozzá. Mielőtt önállóan dolgozhatna az ilyen berendezéseken, át kell mennie egy többlépcsős képzési rendszeren. Az első teszt a „tiszta helyiségekben” belüli viselkedési és munkavégzési szabályok ismeretének vizsgálata.

Ezután a srácok több külföldi képzési szakaszon esnek át – akár egy berendezésgyártónál, akár a velünk barátságos laboratóriumokban. Hosszú ideig tanulnak - az egyes berendezésekhez való hozzáféréshez körülbelül egy évig kell tanulnia.

Említette, hogy az Ön központjában készült chipeket az összes vezető, kvantumszámítással foglalkozó orosz laboratóriumban használják. Hogyan segítik majd fejlesztéseid egy kvantumszámítógép valódi fizikai eszköz formájában történő létrehozását?

- A kvantumszámítógép megépítése rendkívül nehéz feladat. Az integrált eszközök, processzorchipek fejlesztése csak egy része a globális kvantumprojektnek. Ide tartoznak a legbonyolultabb algoritmusok, speciális szoftverek létrehozása, kísérleti kriogén telepítések is.

A kitűzött célok megoldásán jelenleg is a különböző egyetemek, kutatócsoportok szakembereiből álló nagy csapat dolgozik. Feladatunk, hogy kollégáinkat olyan minőségi elembázissal látjuk el, amely egy orosz kvantumszámítógép alapjául szolgál.

Mit gondol, mikor és hol jelenik meg az első igazi funkcionális univerzális kvantumszámítógép? Miért fontos a fejlesztése?

- Nehéz megjósolni, hogy hol és mikor készül el a kvantumszámítógép. A világ vezető laboratóriumainak és vállalatainak szakértői 5 és 20 év közötti időtartamnak nevezik. Fiatal munkatársaink vannak a központban, de józanok vagyunk az előrejelzéseinkben. Még 15-20 év is nagyon közeli idő. A kvantumszámítógép által kínált lehetőségek végtelenek, teljesen megváltoztatják az emberiség életét. Kezdve a gyógyszerektől, az orvosi berendezésektől és az új energiákkal, új anyagokkal bezárólag.

Valószínű, hogy végre sikerül legyőznünk a rákot. Számos alkalmazási terület igényel ultragyors számítást és kvantumrendszerek szimulációját, ami lehetővé teszi a kvantumprocesszor elkészítését. Ez az emberiség nagy vívmánya, amely kétségtelenül valósággá válik. És remélem, ez itt is megtörténik.

Beszélt a bioszenzorok létrehozásáról és az ezekhez szükséges anyagok előállításának technológiai fejlesztéséről. Vannak működő prototípusok, ígéretes fejlesztések, amelyekről lehet beszélni?

- Büszkeségünk az epitaxiális anyagok (tökéletes kristályrácsos anyagok. - RT) létrehozásának új megközelítése. Korábban nagyon drága módszerekkel készültek. Csapatunknak sikerült kifejlesztenie egy viszonylag olcsó technológiát, amelyet az Orosz Föderációban szabadalmaztattunk, és most nemzetközi szabadalmat adunk ki.

Megtanultuk az epitaxiális ezüst létrehozását, amelyen a tudósok világszerte sikertelenül dolgoztak az elmúlt 60 évben. Ezüst bázisán számos egyedi plazmonikus eszköz készült: sugárforrás, rekordérzékenységű szenzor, biológiai markerek detektorai szív- és érrendszeri betegségek meghatározására.

Ugyanez a technológia alkalmazható a bioszenzorikában és az egyfoton forrásokban használt más fémekre is. Például epitaxiális alumínium alapú szupravezető qubiteket készítünk. Megoldásunk valóban univerzálisnak bizonyult.

Meséljen a nanofotonika szerepéről és jelentőségéről! Miért kell Oroszországnak ezt az irányt fejleszteni?

- Az elektronika nagyon gyorsan fejlődött az elmúlt évtizedekben. Ezekben az eszközökben a hordozók elektronok. De az elektron eredendően korlátozott. A fotonika viszont lehetőséget ad arra, hogy egy másik információhordozóval – egy szabályozható fotonnal – dolgozzunk.

A fény a leggyorsabb nálunk. A tökéletesebb hordozók még mindig ismeretlenek az emberiség számára. Ezért rendkívül ígéretesnek tartunk mindent, ami a nanofotonikával kapcsolatos. Ezek új típusú számítástechnikai eszközök, új biológiai eszközök, alkalmazott irányok egész sora.

Említette már a "chipenyós laboratóriumot". Mi ez, hogyan alkalmazható, vagy már alkalmazzák?

- „Laboratórium chipen” - kísérlet az orvosbiológiai elemzések területén végzett munka alapjainak megváltoztatására. Például ahhoz, hogy ma vérvételt készítsünk, elmegyünk a laboratóriumba, és mintát veszünk. Aztán egy ideig - néhány óráig vagy több napig - várunk az eredményre. Tehát a "chip laboratóriumában" a mintákkal végzett munka a mikrométeres szintre, a mikroskálára kerül. Ez lehetővé teszi az összes folyamat radikális felgyorsítását.

Lehetőség lesz valós időben felmérni állapotunkat. A zsebünkben hordunk majd valamilyen eszközt, ami azt mondja, hogy minden rendben. Vagy például a koleszterinszint túllépése vagy más fontos mutató.

Milyen kütyüket fog használni az ember a közeljövőben? Mi váltja majd fel a meglévő "okosórákat"?

- Ha elképzeljük, hogy elkészült egy kvantumszámítógép és a „laboratórium egy chipen” típusú eszközök, amelyek „fedélzetén” vannak fotonikai eszközökkel, amelyekkel aktívan dolgozunk, akkor „okosóráink” alakíthatók működő adatközpont, amelynek teljesítménye nagyobb, mint bármely jelenlegi szuperszámítógép a Földön. És ez még csak a kezdet.

Miért nem repülnek az autók? Mert nincs olyan üzemanyagforrásunk, amely lehetővé tenné a motorok hosszú ideig tartó működését. Létezik függőleges felszálló sugár, és egy ilyen motort be lehetne tenni egy autóba. Ehhez azonban egy egész tank üzemanyagra lesz szükség.

A kvantumszámítógép lehetővé teszi az előre meghatározott tulajdonságokkal rendelkező anyagok kiszámítását és új üzemanyagforrások létrehozását. Azzal, hogy megjelennek azok a dolgok, amelyeket ma a központban csinálunk, sok új technológia fog megjelenni, és ezek a fantasztikus Star Wars-filmek egy idő után közel állnak a valósághoz.