რუსული სამეცნიერო ცენტრის მიზნები და ამოცანები კვანტური კომპიუტერითა და ბიოსენსორებით

2024 ავტორი: Seth Attwood | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-16 16:09

კვანტური კომპიუტერების გამოჩენა კაცობრიობას საშუალებას მისცემს შექმნას ახალი ტიპის საწვავი და გააკეთოს გარღვევა მედიცინაში. ამ მოსაზრებას იზიარებს მოსკოვის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტის სამეცნიერო ცენტრის „ფუნქციური მიკრო/ნანოსისტემების“დირექტორი. ნ.ე. ბაუმან ილია როდიონოვი. მისივე თქმით, მის ხელმძღვანელობით ლაბორატორიის ერთ-ერთი მთავარი ამოცანაა კვანტური გამოთვლის მოწყობილობების შემუშავება. RT-სთვის მიცემულ ინტერვიუში მეცნიერმა ასევე ისაუბრა ბიოსენსორების შემუშავებაზე ადამიანის მდგომარეობის რეალურ დროში დიაგნოსტიკისთვის.

როგორ შეიქმნა თქვენი ცენტრი, რა არის?

- ცენტრი არც ისე დიდი ხნის წინ, ხუთი წლის წინ შეიქმნა. მისი შექმნის იდეა ემყარება ახალ ფიზიკურ პრინციპებზე დაფუძნებული მოწყობილობების შემუშავებას. ჩვენ გვინდოდა შეგვექმნა ტექნოლოგიები, რომლებიც ჯერ არ არსებობს მსოფლიოში და რომელიც სარგებელს მოუტანს ხალხს.

ცენტრის შექმნაში 11 წამყვანი მსოფლიო კომპანია იყო ჩართული, რამაც შესაძლებელი გახადა საჭირო ინფრასტრუქტურა და საუკეთესო აღჭურვილობა. პროექტი განხორციელდა სწრაფად, სულ რაღაც ერთ წელიწადში. სამი თვის შემდეგ დავიწყეთ ტექნოლოგიური გადაწყვეტილებების შემუშავება, რის საფუძველზეც დღეს იქმნება ცენტრში არსებული ყველა მოწყობილობა.

ცენტრი დაფუძნებულია "სუფთა ოთახზე" - ინდუსტრიულ ოთახზე, რომელშიც კონტროლდება ტენიანობა, ტემპერატურა და ჰაერში ნაწილაკების რაოდენობა. ეს პარამეტრები კრიტიკულად მნიშვნელოვანია, რადგან ჩვენ ვმუშაობთ ძალიან მცირე სტრუქტურებთან, დაახლოებით 10 ნანომეტრის ზომის, რაც ადამიანის თმის დიამეტრის მეათასედია.

თქვენ ატარებთ კვლევას ახალი თაობის მოწყობილობების ელემენტარული ბაზის შემუშავებაზე: კვანტური კომპიუტერებიდან ბიოლოგიურ სენსორებამდე. რა მოახერხეთ?

- გამოვყოფდი სამ ძირითად მიმართულებას, რომლებშიც ჩვენმა შედეგებმა მსოფლიო დონემდე მიაღწია და ზოგან გადააჭარბა კიდეც. ცენტრი არის წამყვანი ტექნოლოგიური კონტრაქტორი რუსეთში ორი უდიდესი პროექტისთვის კვანტური გამოთვლის სფეროში. თითოეული მათგანი ავითარებს თავის ელემენტურ ბაზას: ფოტონიკური ჩიპები ნანოფოტონიკის პრინციპებზე დაფუძნებული და კუბიტის სქემები, რომლებიც დაფუძნებულია ზეგამტარებზე.

ყველა წამყვანი ლაბორატორია რუსეთში, რომლებიც ეხება კვანტურ გამოთვლებს, იყენებს ჩვენს ჩიპებს. ცალკეულ პარამეტრებში, ჩვენი მოწყობილობების ფუნქციური ელემენტები აჩვენებს შედეგებს, რომლებიც აღემატება მსოფლიო დონეს.

მეორე სფერო არის ბიოტექნოლოგია. შემუშავებულია რამდენიმე ტექნოლოგია ჩიპზე ე.წ. ლაბორატორიების შესაქმნელად. ეს ის მიმართულებაა, რომელიც მომავალში სიცოცხლის გადარჩენას შეუწყობს ხელს. ჩვენ ვამუშავებთ პორტატულ მოწყობილობებს, რომლებსაც შეუძლიათ ადამიანის მდგომარეობის დიაგნოსტიკა რეალურ დროში და თერაპიული ეფექტიც კი განახორციელონ.

მესამე ყველაზე მნიშვნელოვანი სფეროა სენსორების და გამოსხივების წყაროების განვითარება. ბოლო სამი წლის განმავლობაში ჩვენ ერთდროულად დავამყარეთ რამდენიმე მსოფლიო რეკორდი, შევქმენით ბიოლოგიური სენსორები რეკორდული მგრძნობელობით განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი მარკერების მიმართ. ზოგიერთ ამ სენსორს შეუძლია აღმოაჩინოს მატერიის სამი ნაწილაკი მატერიის ტრილიონ ნაწილაკზე, რომელშიც ისინი იხსნება. დღეს მსოფლიოში ასეთი მოწყობილობები არ არსებობს.

ჩვენ ამერიკელ პარტნიორებთან ერთად ვაწარმოებთ სტრუქტურებს, რომლებზეც იქმნება ერთფოტონიანი წყაროები. ეს არის მოწყობილობები, რომლებიც გამოიყენება ბიოლოგიაში, კვანტურ გამოთვლებში და კომუნიკაციებში.

ცენტრში სტუდენტებთან მუშაობა როგორ არის ორგანიზებული? იღებთ ყველა ან მხოლოდ საუკეთესოს საუკეთესოთაგან და კონკრეტული პროექტისთვის?

- საუკეთესოთაგან საუკეთესო აქ მოდის და არა მხოლოდ ჩვენი უნივერსიტეტიდან. ცენტრში მუშაობს ბაუმანკას სტუდენტებისა და კურსდამთავრებულების 90%-ზე მეტი, ისევე როგორც ბიჭები მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტიდან და ფიზტექნიკიდან. ჩვენ ღია ვართ ყველა უნივერსიტეტის სტუდენტებისა და კურსდამთავრებულებისთვის. სხვათა შორის, ხშირად ვამბობ: „ბიჭებო, აქ სტუდენტები არ გვყავს“. ეს ნიშნავს მხოლოდ ერთს - ყველა, ვინც აქ მოდის, დაუყოვნებლივ მუშაობს პრაქტიკულ პრობლემებზე. რუსული სწავლების მეთოდის საფუძველი, რომლითაც ცნობილია ბაუმანკა, არის სწავლება რეალურ, „საბრძოლო“ამოცანებზე. ყველა სტუდენტი ჩვენი თანამშრომელია.

ყველას აქვს წვდომა აღჭურვილობასა და მასალებზე, შეუძლია თუ არა საკუთარი თავის გაკეთება?

- "სუფთა ოთახში" ტექნიკის ცალკეული ნაწილები 2-3 მილიონი ევრო ღირს, ამიტომ, რა თქმა უნდა, ყველას არ აქვს წვდომა. სანამ ასეთ აღჭურვილობაზე დამოუკიდებლად მუშაობთ, უნდა გაიაროთ მრავალსაფეხურიანი სასწავლო სისტემა. პირველი ტესტი არის „სუფთა ოთახების“შიგნით ქცევისა და მუშაობის წესების ცოდნა.

შემდეგ ბიჭები გადიან ტრენინგის რამდენიმე ეტაპს საზღვარგარეთ - ან აღჭურვილობის მწარმოებლისგან, ან ჩვენთვის მეგობრულ ლაბორატორიებში. ისინი დიდხანს სწავლობენ - ცალკეულ აღჭურვილობაზე წვდომის მისაღებად, დაახლოებით ერთი წელი უნდა ისწავლოთ.

თქვენ აღნიშნეთ, რომ თქვენს ცენტრში დამზადებული ჩიპები გამოიყენება კვანტური გამოთვლებით დაკავებულ რუსულ წამყვან ლაბორატორიებში. როგორ დაეხმარება თქვენი განვითარება კვანტური კომპიუტერის შექმნას რეალური ფიზიკური მოწყობილობის სახით?

- კვანტური კომპიუტერის შექმნა უაღრესად რთული ამოცანაა. ინტეგრირებული მოწყობილობების, პროცესორის ჩიპების განვითარება გლობალური კვანტური პროექტის მხოლოდ ნაწილია. იგი ასევე მოიცავს ყველაზე რთულ ალგორითმებს, სპეციალური პროგრამული უზრუნველყოფის შექმნას, ექსპერიმენტულ კრიოგენულ დანადგარებს.

დასახული მიზნების გადაჭრაზე ამჟამად მუშაობს პროფესიონალთა დიდი გუნდი სხვადასხვა უნივერსიტეტებიდან და კვლევითი ჯგუფებიდან. ჩვენი ამოცანაა მივაწოდოთ ჩვენს კოლეგებს მაღალი ხარისხის ელემენტის ბაზა, რომელიც იქნება საფუძველი რუსული კვანტური კომპიუტერისთვის.

როგორ ფიქრობთ, როდის და სად გამოჩნდება პირველი რეალური ფუნქციონალური უნივერსალური კვანტური კომპიუტერი? რატომ არის მისი განვითარება მნიშვნელოვანი?

- ძნელია წინასწარ განსაზღვრო სად და როდის შეიქმნება კვანტური კომპიუტერი. მსოფლიოს წამყვანი ლაბორატორიებისა და საწარმოების ექსპერტები პირობებს 5-დან 20 წლამდე უწოდებენ. ცენტრში ახალგაზრდა თანამშრომლები გვყავს, მაგრამ პროგნოზებში ფხიზელი ვართ. 15-20 წელიც კი ძალიან ახლო დროა. კვანტური კომპიუტერის შესაძლებლობები გაუთავებელია, ისინი მთლიანად შეცვლიან კაცობრიობის ცხოვრებას. მედიკამენტებიდან, სამედიცინო აღჭურვილობით დაწყებული, ახალი ენერგიით, ახალი მასალებით დამთავრებული.

დიდი შანსია, რომ საბოლოოდ შევძლებთ კიბოს დამარცხებას. აპლიკაციების დიდი რაოდენობა მოითხოვს კვანტური სისტემების ულტრა სწრაფ გამოთვლას და სიმულაციას, რაც შესაძლებელს გახდის კვანტური პროცესორის დამზადებას. ეს არის კაცობრიობის უდიდესი მიღწევა, რომელიც უთუოდ რეალობად იქცევა. და იმედი მაქვს, რომ ეს სწორედ აქ მოხდება.

თქვენ ისაუბრეთ ბიოსენსორების შექმნაზე და მათთვის მასალების შექმნის ტექნოლოგიის განვითარებაზე. არის თუ არა სამუშაო პროტოტიპები, პერსპექტიული მოვლენები, რომლებზეც შეგიძლიათ ისაუბროთ?

- ჩვენი სიამაყე არის ახალი მიდგომა ეპიტაქსიური მასალების (მასალები სრულყოფილი ბროლის გისოსებით. - RT). ადრე მათ ძალიან ძვირი მეთოდებით ამზადებდნენ. ჩვენმა გუნდმა მოახერხა შედარებით იაფი ტექნოლოგიის შემუშავება, რომელიც დავაპატენტეთ რუსეთის ფედერაციაში და ახლა ვაძლევთ საერთაშორისო პატენტს.

ჩვენ ვისწავლეთ ეპიტაქსიური ვერცხლის შექმნა, რომელზეც მეცნიერები მთელს მსოფლიოში წარუმატებლად მუშაობენ ბოლო 60 წლის განმავლობაში. ვერცხლის ბაზაზე შეიქმნა მრავალი უნიკალური პლაზმური მოწყობილობა: გამოსხივების წყარო, რეკორდული მგრძნობელობის სენსორი, ბიოლოგიური მარკერების დეტექტორები გულ-სისხლძარღვთა დაავადებების დასადგენად.

იგივე ტექნოლოგია გამოიყენება სხვა ლითონებზე, რომლებიც გამოიყენება ბიოსენსორიანად და ერთფოტონურ წყაროებში. მაგალითად, ეპიტაქსიალური ალუმინის საფუძველზე ვაკეთებთ ზეგამტარ კუბიტებს. ჩვენი გამოსავალი მართლაც უნივერსალური აღმოჩნდა.

გვიამბეთ ნანოფოტონიკის როლსა და მნიშვნელობაზე. რატომ სჭირდება რუსეთს ამ მიმართულების განვითარება?

- ელექტრონიკა ძალიან სწრაფად ვითარდებოდა ბოლო ათწლეულების განმავლობაში. ამ მოწყობილობებში მატარებლები არიან ელექტრონები. მაგრამ ელექტრონი არსებითად შეზღუდულია. მეორე მხრივ, ფოტონიკა გვაძლევს შესაძლებლობას ვიმუშაოთ ინფორმაციის სხვა მატარებელთან – ფოტონი, რომლის მართვაც შესაძლებელია.

სინათლე ყველაზე სწრაფია, რაც გვაქვს. უფრო სრულყოფილი მატარებლები ჯერ კიდევ უცნობია კაცობრიობისთვის. ამიტომ, ნანოფოტონიკასთან დაკავშირებულ ყველაფერს უაღრესად პერსპექტიულად მიგვაჩნია. ეს არის ახალი ტიპის გამოთვლითი მოწყობილობები, ახალი ბიოლოგიური მოწყობილობები, გამოყენებული მიმართულებების მთელი სპექტრი.

თქვენ უკვე ახსენეთ "ლაბორატორია ჩიპზე". რა არის, როგორ შეიძლება მისი გამოყენება ან უკვე გამოიყენება?

- „ლაბორატორია ჩიპზე“- ბიოსამედიცინო ანალიზების სფეროში მუშაობის საფუძვლის შეცვლის მცდელობა. მაგალითად, დღეს სისხლის ანალიზის გასაკეთებლად მივდივართ ლაბორატორიაში და ვიღებთ სინჯს. შემდეგ გარკვეული პერიოდის განმავლობაში - რამდენიმე საათის ან რამდენიმე დღის განმავლობაში - ველოდებით შედეგს. ასე რომ, "ლაბორატორია ჩიპზე" ნიმუშებით მუშაობა გადადის მიკრომეტრულ დონეზე, მიკროსკალაზე. ეს საშუალებას გაძლევთ რადიკალურად დააჩქაროთ ყველა პროცესი.

ჩვენი მდგომარეობის შეფასება რეალურ დროში იქნება შესაძლებელი. ჩვენ ჯიბეებში ჩავატარებთ რაიმე სახის მოწყობილობას, რომელიც იტყვის, რომ ყველაფერი კარგადაა. ან, მაგალითად, ქოლესტერინის დონის გადაჭარბება ან სხვა მნიშვნელოვანი მაჩვენებელი.

რა გაჯეტებს გამოიყენებს ადამიანი უახლოეს მომავალში? რა ჩაანაცვლებს არსებულ „ჭკვიან საათებს“?

- თუ წარმოვიდგენთ, რომ შეიქმნა კვანტური კომპიუტერი და "ლაბორატორია ჩიპზე" ტიპის მოწყობილობები, რომლებსაც აქვთ "ბორტზე" ფოტონიკური მოწყობილობები, რომლებთანაც ჩვენ აქტიურად ვმუშაობთ, მაშინ ჩვენი "ჭკვიანი საათები" შეიძლება იქცეს. მუშაობს მონაცემთა ცენტრი, რომლის სიმძლავრეც აღემატება დედამიწაზე არსებულ ნებისმიერ სუპერკომპიუტერს. და ეს მხოლოდ დასაწყისია.

რატომ არ დაფრინავენ მანქანები? იმის გამო, რომ ჩვენ არ გვაქვს საწვავის წყარო, რომელიც მოგვცემს ძრავების დიდხანს მუშაობის საშუალებას. არსებობს ვერტიკალური ასაფრენი თვითმფრინავი და ასეთი ძრავა შეიძლება ჩასვა მანქანაში. თუმცა, ამას დასჭირდება საწვავის მთელი ავზი.

კვანტური კომპიუტერი შესაძლებელს გახდის წინასწარ განსაზღვრული თვისებების მქონე ნივთიერებების გამოთვლას და საწვავის ახალი წყაროების შექმნას. იმ საქმეების მოსვლასთან ერთად, რასაც დღეს ცენტრში ვაკეთებთ, ბევრი ახალი ტექნოლოგია მოვა და ვარსკვლავური ომების ყველა ეს ფანტასტიკური ფილმი გარკვეული პერიოდის შემდეგ რეალობასთან ახლოს იქნება.