Kvant kompyuteri va biosensorli Rossiya ilmiy markazining maqsad va vazifalari

2024 Muallif: Seth Attwood | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-16 16:19

Kvant kompyuterlarining paydo bo'lishi insoniyatga yoqilg'ining yangi turlarini yaratish va tibbiyotda yutuq yaratish imkonini beradi. Bu fikrga Moskva davlat texnika universiteti qoshidagi “Funktsional mikro/nanosistemalar” ilmiy markazi direktori o‘rtoqlashdi. N. E. Bauman Ilya Rodionov. Uning so‘zlariga ko‘ra, u rahbarlik qilayotgan laboratoriyaning asosiy vazifalaridan biri kvant hisoblash qurilmalarini yaratishdir. Olim RT telekanaliga bergan intervyusida, shuningdek, real vaqt rejimida inson holatini tashxislash uchun biosensorlar ishlab chiqilishi haqida gapirdi.

– Markazingiz qanday tashkil etilgan, u nima?

– Markazning tashkil etilganiga yaqinda emas, besh yil oldin. Uni yaratish g'oyasi yangi jismoniy printsiplarga asoslangan qurilmalarni ishlab chiqishga asoslangan. Biz hali dunyoda mavjud bo'lmagan va odamlarga foyda keltiradigan texnologiyalarni yaratmoqchi edik.

Markazni yaratishda 11 ta yetakchi jahon kompaniyasi jalb etilgan bo‘lib, bu zarur infratuzilma va eng yaxshi jihozlar bilan ta’minlash imkonini berdi. Loyiha jadallik bilan, atigi bir yil ichida amalga oshirildi. Oradan uch oy o‘tib, texnologik yechimlarni ishlab chiqishga kirishdik, ular asosida bugun markazdagi barcha qurilmalar yaratilmoqda.

Markaz "toza xona" - namlik, harorat va havodagi zarrachalar miqdori nazorat qilinadigan sanoat xonasiga asoslangan. Ushbu parametrlar juda muhim, chunki biz juda kichik, taxminan 10 nanometr o'lchamdagi, inson sochi diametrining mingdan bir qismiga teng bo'lgan tuzilmalar bilan ishlaymiz.

– Siz yangi avlod qurilmalari: kvant kompyuterlaridan tortib biologik sensorlargacha bo‘lgan elementlar bazasini yaratish bo‘yicha tadqiqot olib bormoqdasiz. Nima qilishga muvaffaq bo'ldingiz?

– Natijalarimiz jahon darajasiga yetgan va baʼzi joylarda undan ham oshib ketgan uchta asosiy yoʻnalishni ajratib koʻrsatgan boʻlardim. Markaz Rossiyadagi kvant hisoblash sohasidagi eng yirik ikkita loyiha uchun yetakchi texnologik pudratchi hisoblanadi. Ularning har biri o'zining element bazasini ishlab chiqadi: nanofotonika tamoyillariga asoslangan fotonik chiplar va o'ta o'tkazgichlarga asoslangan qubit sxemalari.

Rossiyadagi kvant hisoblash bilan shug'ullanadigan barcha yetakchi laboratoriyalar bizning chiplarimizdan foydalanadilar. Shaxsiy parametrlarda bizning qurilmalarimizning funktsional elementlari jahon darajasidan yuqori natijalarni namoyish etadi.

Ikkinchi yo'nalish - biotexnologiya. Chipda laboratoriyalar yaratish uchun bir nechta texnologiyalar ishlab chiqilgan. Bu kelajakda hayotni saqlab qolishga yordam beradigan yo'nalish. Biz real vaqt rejimida insonning ahvolini aniqlay oladigan va hatto terapevtik ta'sir ko'rsatadigan portativ qurilmalarni ishlab chiqmoqdamiz.

Uchinchi eng muhim yo'nalish - sensorli sensorlar va radiatsiya manbalarini ishlab chiqish. So'nggi uch yil ichida biz bir vaqtning o'zida bir nechta jahon rekordlarini o'rnatdik, ayniqsa muhim belgilarga rekord darajada sezgir bo'lgan biologik sensorlarni yaratdik. Ushbu sensorlarning ba'zilari ular erigan moddaning trillion zarrasiga uchtagacha moddaning zarrachalarini aniqlay oladi. Bugungi kunda dunyoda bunday qurilmalar yo'q.

Amerikalik hamkorlarimiz bilan birgalikda biz bitta fotonli manbalar yaratilgan tuzilmalarni ishlab chiqaramiz. Bular biologiya, kvant hisoblash va aloqada qo'llaniladigan qurilmalardir.

– Markazda o‘quvchilar bilan ishlash qanday yo‘lga qo‘yilgan? Siz eng yaxshisini yoki faqat eng yaxshisini va ma'lum bir loyiha uchun olasizmi?

- Bu yerga nafaqat bizning universitetdan eng zo'rlar keladi. Markazda Baumanka talabalari va bitiruvchilarining 90% dan ortig'i, shuningdek, Moskva davlat universiteti va Phystech yigitlari ishlaydi. Biz barcha universitetlarning talabalari va bitiruvchilari uchun ochiqmiz. Aytgancha, men tez-tez aytaman: "Bolalar, bizda talabalar yo'q". Bu faqat bitta narsani anglatadi - bu erga kelgan har bir kishi darhol amaliy muammolar bilan ishlaydi. Baumanka mashhur bo'lgan rus tilini o'qitish usulining asosi haqiqiy, "jangovar" vazifalarni o'rgatishdir. Har bir talaba bizning xodimimiz.

Har bir inson asbob-uskunalar va materiallarga ega, ular o'zlari nimadir qila oladilarmi?

- “Toza xona” ichidagi alohida jihozlar 2-3 million yevro turadi. Shuning uchun, albatta, hamma ham foydalanish imkoniyatiga ega emas. Bunday uskunada mustaqil ishlashdan oldin siz ko'p bosqichli o'quv tizimidan o'tishingiz kerak. Birinchi test - bu "toza xonalar" ichidagi xatti-harakatlar va ishlash qoidalarini bilish bo'yicha imtihon.

Keyin yigitlar chet elda malaka oshirishning bir necha bosqichlaridan o'tadilar - yo asbob-uskunalar ishlab chiqaruvchisi yoki biz uchun qulay bo'lgan laboratoriyalarda. Ular uzoq vaqt davomida o'qishadi - alohida jihozlarga kirish uchun siz taxminan bir yil o'rganishingiz kerak.

– Markazingizda ishlab chiqarilgan chiplar Rossiyaning kvant hisoblashlari bilan shug‘ullanuvchi barcha yetakchi laboratoriyalarida qo‘llanilishini aytib o‘tdingiz. Sizning ishlanmalaringiz haqiqiy jismoniy qurilma ko'rinishidagi kvant kompyuterini yaratishga qanday yordam beradi?

- Kvant kompyuterini yaratish nihoyatda qiyin ish. Integratsiyalashgan qurilmalar, protsessor chiplarini ishlab chiqish global kvant loyihasining faqat bir qismidir. Shuningdek, u eng murakkab algoritmlarni, maxsus dasturiy ta'minotni yaratishni, eksperimental kriogenli o'rnatishlarni o'z ichiga oladi.

Hozirgi vaqtda turli universitetlar va tadqiqot guruhlari mutaxassislaridan iborat katta jamoa belgilangan maqsadlarni hal qilish ustida ishlamoqda. Bizning vazifamiz hamkasblarimizga rus kvant kompyuteri uchun asos bo'lib xizmat qiladigan yuqori sifatli elementlar bazasini taqdim etishdir.

Sizningcha, birinchi haqiqiy funksional universal kvant kompyuteri qachon va qayerda paydo bo'ladi? Nima uchun uning rivojlanishi muhim?

- Kvant kompyuteri qayerda va qachon yaratilishini oldindan aytish qiyin. Dunyoning yetakchi laboratoriyalari va korxonalari mutaxassislari muddatlarni 5 yildan 20 yilgacha deb atashadi. Markazda yosh xodimlar bor, ammo prognozlarimizda hushyormiz. Hatto 15-20 yil ham juda yaqin vaqt. Kvant kompyuterining beradigan imkoniyatlari cheksizdir, ular insoniyat hayotini butunlay o'zgartiradi. Dori-darmonlar, tibbiy asbob-uskunalar va yangi energiya, yangi materiallar bilan yakunlanadi.

Ehtimol, biz nihoyat saraton kasalligini engishimiz mumkin. Ko'p sonli dastur sohalari kvant protsessorini yaratishga imkon beradigan juda tez hisoblash va kvant tizimlarini simulyatsiya qilishni talab qiladi. Bu insoniyatning buyuk yutug'i bo'lib, u shubhasiz haqiqatga aylanadi. Va umid qilamanki, bu xuddi shu erda sodir bo'ladi.

– Siz biosensorlarni yaratish va ular uchun materiallar yaratish texnologiyasini ishlab chiqish haqida gapirdingiz. Ishlaydigan prototiplar, istiqbolli ishlanmalar haqida gapirish mumkinmi?

- Bizning g'ururimiz epitaksial materiallarni (mukammal kristall panjarali materiallar. - RT) yaratishga yangi yondashuvdir. Ilgari ular juda qimmat usullardan foydalangan holda qilingan. Bizning jamoamiz Rossiya Federatsiyasida patentlangan nisbatan arzon texnologiyani ishlab chiqishga muvaffaq bo'ldi va hozir biz xalqaro patent beryapmiz.

Biz epitaksial kumushni qanday yaratishni o'rgandik, buning ustida butun dunyo olimlari so'nggi 60 yil davomida muvaffaqiyatsiz ishlamoqda. Kumush asosida bir qator noyob plazmonik qurilmalar yaratilgan: radiatsiya manbai, rekord sezgirlikka ega sensor, yurak-qon tomir kasalliklarini aniqlash uchun biologik markerlar detektorlari.

Xuddi shu texnologiya biosensorlarda va bitta fotonli manbalarda qo'llaniladigan boshqa metallarga nisbatan qo'llaniladi. Masalan, epitaksial alyuminiy asosida biz supero'tkazuvchi kubitlarni qilamiz. Bizning yechimimiz haqiqatan ham universal bo'lib chiqdi.

Nanofotonikaning roli va ahamiyati haqida gapirib bering. Nima uchun Rossiya bu yo'nalishni rivojlantirishi kerak?

- So'nggi o'n yilliklarda elektronika juda tez rivojlanmoqda. Ushbu qurilmalardagi tashuvchilar elektronlardir. Ammo elektron tabiatan cheklangan. Fotonika esa boshqa axborot tashuvchisi - boshqariladigan foton bilan ishlash imkoniyatini beradi.

Nur bizda eng tezdir. Yana mukammal tashuvchilar hali ham insoniyatga noma'lum. Shuning uchun biz nanofotonika bilan bog'liq barcha narsalarni juda istiqbolli deb hisoblaymiz. Bu yangi turdagi hisoblash qurilmalari, yangi biologik qurilmalar, qo'llaniladigan yo'nalishlarning butun majmuasi.

- Siz allaqachon “chipdagi laboratoriya” haqida gapirgansiz. Bu nima, uni qanday qo'llash mumkin yoki u allaqachon qo'llaniladimi?

- "Chipdagi laboratoriya" - biotibbiyot tahlillari sohasidagi ish asoslarini o'zgartirishga urinish. Misol uchun, bugun qon tahlilini olish uchun biz laboratoriyaga boramiz va namuna olamiz. Keyin bir muncha vaqt - bir necha soat yoki bir necha kun - biz natijani kutamiz. Shunday qilib, "chipdagi laboratoriya" da namunalar bilan ishlash mikrometr darajasiga, mikroshkalaga o'tkaziladi. Bu barcha jarayonlarni tubdan tezlashtirish imkonini beradi.

Bizning holatimizni real vaqtda baholash mumkin bo'ladi. Biz cho'ntagimizda hamma narsa yaxshi deb aytadigan qurilmani olib yuramiz. Yoki, masalan, xolesterin darajasi oshib ketgan yoki boshqa muhim ko'rsatkich.

Yaqin kelajakda odam qanday gadjetlardan foydalanadi? Mavjud “aqlli soatlar” o‘rnini nima egallaydi?

- Agar biz faol ishlayotgan “bortda” fotonik qurilmalarga ega kvant kompyuteri va “chipdagi laboratoriya” tipidagi qurilmalar yaratilganini tasavvur qilsak, bizning “aqlli soatlarimiz”ni ham shunday qilish mumkin. Hozirda er yuzidagi har qanday superkompyuterdan kuchliroq quvvatga ega ishlaydigan ma'lumotlar markazi. Va bu faqat boshlanishi.

Nega mashinalar uchmaydi? Chunki bizda dvigatellarning uzoq vaqt ishlashiga imkon beradigan yoqilg‘i manbasi yo‘q. Vertikal uchish reaktivi mavjud va bunday dvigatelni mashinaga o'rnatish mumkin. Biroq, buning uchun butun yonilg'i baki kerak bo'ladi.

Kvant kompyuteri oldindan belgilangan xususiyatlarga ega moddalarni hisoblash va yangi yoqilg'i manbalarini yaratish imkonini beradi. Bugun biz markazda qilayotgan ishlar paydo bo'lishi bilan ko'plab yangi texnologiyalar paydo bo'ladi va bu ajoyib Yulduzli urushlar filmlari bir muncha vaqt o'tgach haqiqatga yaqin bo'ladi.