Mål och mål för det ryska vetenskapliga centret med en kvantdator och biosensorer

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Tillkomsten av kvantdatorer kommer att tillåta mänskligheten att skapa nya typer av bränsle och göra ett genombrott inom medicinen. Denna åsikt delas av chefen för Scientific Center "Functional Micro / Nanosystems" vid Moskvas statliga tekniska universitet. N. E. Bauman Ilja Rodionov. Enligt honom är en av huvuduppgifterna för laboratoriet som leds av honom utvecklingen av enheter för kvantberäkning. I en intervju med RT talade forskaren också om utvecklingen av biosensorer för att diagnostisera ett mänskligt tillstånd i realtid.

– Hur skapades ditt centrum, vad är det?

– Centrum skapades för inte så länge sedan, för fem år sedan. Idén med dess skapelse är baserad på utvecklingen av enheter baserade på nya fysiska principer. Vi ville skapa teknologier som ännu inte finns i världen och som kommer att gynna människor.

11 ledande företag i världen var involverade i skapandet av centret, vilket gjorde det möjligt att tillhandahålla den nödvändiga infrastrukturen och den bästa utrustningen. Projektet genomfördes snabbt, på bara ett år. Tre månader senare började vi utveckla tekniska lösningar, utifrån vilka alla enheter i centrum skapas idag.

Centret bygger på ett "rent rum" - ett industrirum där luftfuktighet, temperatur och mängden partiklar i luften styrs. Dessa parametrar är avgörande eftersom vi arbetar med mycket små strukturer, cirka 10 nanometer stora, som är tusendelar av diametern på ett människohår.

Du forskar om utvecklingen av elementbasen för enheter av en ny generation: från kvantdatorer till biologiska sensorer. Vad lyckades du göra?

– Jag skulle peka ut tre nyckelområden där våra resultat nått världsnivå och på vissa ställen till och med överträffat den. Centret är den ledande tekniska entreprenören för två av de största projekten i Ryssland inom området kvantberäkning. Var och en av dem utvecklar sin egen elementbas: fotoniska chips baserade på principerna för nanofotonik och qubit-kretsar baserade på supraledare.

Alla ledande laboratorier i Ryssland som arbetar med kvantberäkningar använder våra chips. I individuella parametrar visar de funktionella delarna av våra enheter resultat som överstiger världsnivån.

Det andra området är bioteknik. Flera tekniker har utvecklats för att skapa så kallade laboratorier på ett chip. Detta är den riktning som kommer att hjälpa till att rädda liv i framtiden. Vi utvecklar bärbara enheter som kan diagnostisera en persons tillstånd i realtid och till och med ge en terapeutisk effekt.

Det tredje viktigaste området är utvecklingen av sensorsensorer och strålkällor. Under de senaste tre åren har vi satt flera världsrekord på en gång, skapat biologiska sensorer med rekordkänslighet för särskilt viktiga markörer. Vissa av dessa sensorer kan detektera upp till tre partiklar av materia per biljon partiklar av materia där de är lösta. Det finns inga sådana enheter i världen idag.

Tillsammans med våra amerikanska partners tillverkar vi strukturer på vilka enfotonkällor skapas. Dessa är enheter som används inom biologi, kvantberäkning och kommunikation.

– Hur är arbetet med elever organiserat i centrum? Får du allt eller bara det bästa av det bästa och för ett specifikt projekt?

– De bästa av de bästa kommer hit, och inte bara från vårt universitet. Mer än 90% av studenter och utexaminerade från Baumanka, såväl som killar från Moscow State University och Phystech, arbetar i centrum. Vi är öppna för studenter och utexaminerade från alla universitet. Förresten säger jag ofta: "killar, vi har inga elever här." Det betyder bara en sak – alla som kommer hit jobbar direkt med praktiska problem. Grunden för den ryska undervisningsmetoden, som Baumanka är känd för, är undervisning i riktiga "stridsuppgifter". Varje student är vår anställd.

– Alla har tillgång till utrustning och material, kan de göra något eget?

- Enskilda utrustningar inne i "rena rummet" kostar 2-3 miljoner euro. Därför har naturligtvis inte alla tillgång. Innan du självständigt kan arbeta med sådan utrustning måste du gå igenom ett träningssystem i flera steg. Det första provet är en undersökning av kunskapen om reglerna för beteende och arbete inne i "rena rum".

Sedan går killarna igenom flera stadier av utbildning utomlands – antingen från en utrustningstillverkare eller i laboratorier som är vänliga mot oss. De studerar länge - för att få tillgång till individuella utrustningar behöver du studera i ungefär ett år.

– Du nämnde att chipsen som tillverkas i ditt centrum används i alla ledande ryska laboratorier som sysslar med kvantberäkning. Hur kommer din utveckling att hjälpa till att skapa en kvantdator i form av en riktig fysisk enhet?

– Att bygga en kvantdator är en extremt svår uppgift. Utvecklingen av integrerade enheter, processorchips är bara en del av det globala kvantprojektet. Det inkluderar också de mest komplexa algoritmerna, skapandet av speciell programvara, experimentella kryogena installationer.

Ett stort team av professionella från olika universitet och forskargrupper arbetar just nu med att lösa de uppsatta målen. Vår uppgift är att förse våra kollegor med en högkvalitativ elementbas, som kommer att fungera som basen för en rysk kvantdator.

När och var tror du att den första verkliga funktionella universella kvantdatorn kommer att dyka upp? Varför är dess utveckling viktig?

– Det är svårt att förutse var och när en kvantdator kommer att skapas. Experter från världens ledande laboratorier och företag kallar termerna från 5 till 20 år. Vi har unga medarbetare i centrum, men vi är nyktra i våra prognoser. Även 15-20 år är en väldigt nära tid. Möjligheterna som en kvantdator kommer att ge är oändliga, de kommer att helt förändra mänsklighetens liv. Börjar från droger, medicinsk utrustning och slutar med ny energi, nya material.

Chansen är stor att vi äntligen kommer att kunna besegra cancer. Ett stort antal applikationsområden kräver ultrasnabb beräkning och simulering av kvantsystem, vilket kommer att göra det möjligt att göra en kvantprocessor. Detta är en stor prestation för mänskligheten, som utan tvekan kommer att bli verklighet. Och jag hoppas att det händer just här.

– Du pratade om skapandet av biosensorer och utvecklingen av teknik för att skapa material för dem. Finns det fungerande prototyper, lovande utvecklingar som du kan prata om?

- Vår stolthet är ett nytt tillvägagångssätt för att skapa epitaxiella material (material med ett perfekt kristallgitter. - RT). Tidigare gjordes de med mycket dyra metoder. Vårt team lyckades utveckla en relativt billig teknik, som vi patenterade i Ryska federationen, och nu utfärdar vi ett internationellt patent.

Vi lärde oss hur man skapar epitaxiellt silver, som forskare runt om i världen har arbetat utan framgång på under de senaste 60 åren. Ett antal unika plasmoniska enheter har skapats på basis av silver: en strålningskälla, en sensor med rekordkänslighet, detektorer av biologiska markörer för bestämning av hjärt-kärlsjukdomar.

Samma teknik är tillämplig på andra metaller som används inom biosensorik och i enfotonkällor. Till exempel, baserat på epitaxiellt aluminium, gör vi supraledande qubits. Vår lösning visade sig vara verkligt universell.

– Berätta om nanofotonikens roll och betydelse. Varför behöver Ryssland utveckla denna riktning?

– Elektronik har utvecklats väldigt snabbt under de senaste decennierna. Bärarna i dessa enheter är elektroner. Men elektronen är i sig begränsad. Fotonik, å andra sidan, ger oss möjlighet att arbeta med en annan informationsbärare – en foton som går att kontrollera.

Ljus är det snabbaste vi har. Mer perfekta bärare är fortfarande okända för mänskligheten. Därför anser vi att allt relaterat till nanofotonik är extremt lovande. Det här är nya typer av datorenheter, nya biologiska enheter, en hel rad tillämpade riktningar.

– Du har redan nämnt "laboratoriet på ett chip". Vad är det, hur kan det tillämpas eller tillämpas det redan?

- "Laboratory on a Chip" - ett försök att förändra grunden för arbetet inom området för biomedicinska analyser. För att till exempel få ett blodprov idag går vi till laboratoriet och tar ett prov. Sedan en tid - flera timmar eller flera dagar - väntar vi på resultatet. Så i "laboratoriet på ett chip" överförs arbete med prover till mikrometernivån, till mikroskalan. Detta gör att du kan påskynda alla processer radikalt.

Det kommer att vara möjligt att bedöma vårt tillstånd i realtid. Vi kommer att bära i våra fickor någon form av enhet som säger att allt är bra. Eller till exempel att kolesterolnivån överskrids eller annan viktig indikator.

Vilka prylar kommer en person att använda inom en snar framtid? Vad kommer att ersätta de befintliga "smartklockorna"?

- Om vi föreställer oss att en kvantdator och enheter av typen "laboratorium på ett chip" har skapats, som har "ombord" fotonikanordningar som vi aktivt arbetar med, då kan våra "smarta klockor" förvandlas till en fungerande datacenter med en kraft som är större än någon superdator på jorden nu. Och det här är bara början.

Varför flyger inte bilar? Eftersom vi inte har en bränslekälla som skulle göra det möjligt för oss att hålla motorerna igång under lång tid. Det finns ett vertikalt startjet, och en sådan motor skulle kunna sättas in i en bil. Detta kommer dock att kräva en hel tank bränsle.

En kvantdator kommer att göra det möjligt att beräkna ämnen med förutbestämda egenskaper och skapa nya bränslekällor. Med tillkomsten av de saker som vi gör i centret idag kommer en hel del nya teknologier att komma, och alla dessa fantastiska Star Wars-filmer kommer att vara nära verkligheten efter ett tag.