Mål og mål for det russiske videnskabelige center med en kvantecomputer og biosensorer

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Fremkomsten af kvantecomputere vil give menneskeheden mulighed for at skabe nye typer brændstof og gøre et gennembrud inden for medicin. Denne udtalelse deles af direktøren for det videnskabelige center "Functional Micro / Nanosystems" ved Moskva State Technical University. N. E. Bauman Ilya Rodionov. Ifølge ham er en af hovedopgaverne for laboratoriet, der ledes af ham, udviklingen af enheder til kvanteberegning. I et interview med RT talte videnskabsmanden også om udviklingen af biosensorer til diagnosticering af en menneskelig tilstand i realtid.

Hvordan blev dit center skabt, hvad er det?

- Centret blev til for ikke så længe siden, for fem år siden. Ideen om dens skabelse er baseret på udviklingen af enheder baseret på nye fysiske principper. Vi ønskede at skabe teknologier, der endnu ikke eksisterer i verden, og som vil gavne mennesker.

11 førende verdensvirksomheder var involveret i oprettelsen af centret, som gjorde det muligt at levere den nødvendige infrastruktur og det bedste udstyr. Projektet blev implementeret hurtigt, på kun et år. Tre måneder senere begyndte vi at udvikle teknologiske løsninger, på grundlag af hvilke alle enheder i centret bliver skabt i dag.

Centret er baseret på et "rent rum" - et industrirum, hvor luftfugtighed, temperatur og mængden af partikler i luften styres. Disse parametre er kritisk vigtige, fordi vi arbejder med meget små strukturer, omkring 10 nanometer i størrelse, som er tusindedele af diameteren af et menneskehår.

Du forsker i udviklingen af elementbasen for enheder af en ny generation: fra kvantecomputere til biologiske sensorer. Hvad nåede du at gøre?

- Jeg vil fremhæve tre nøgleområder, hvor vores resultater har nået verdensniveau og nogle steder endda overskredet det. Centret er den førende teknologiske entreprenør for to af de største projekter i Rusland inden for kvanteberegning. Hver af dem udvikler sin egen elementbase: fotoniske chips baseret på principperne for nanofotonik og qubit-kredsløb baseret på superledere.

Alle førende laboratorier i Rusland, der beskæftiger sig med kvantecomputere, bruger vores chips. I individuelle parametre viser de funktionelle elementer i vores enheder resultater, der overstiger verdensniveau.

Det andet område er bioteknologi. Der er udviklet flere teknologier til at skabe såkaldte laboratorier på en chip. Dette er den retning, der vil hjælpe med at redde liv i fremtiden. Vi udvikler bærbare enheder, der kan diagnosticere en persons tilstand i realtid og endda udføre en terapeutisk effekt.

Det tredje vigtigste område er udviklingen af sensorsensorer og strålingskilder. I løbet af de seneste tre år har vi sat flere verdensrekorder på én gang, skabt biologiske sensorer med rekordfølsomhed over for særligt vigtige markører. Nogle af disse sensorer kan detektere op til tre partikler af stof pr. billion partikler af stof, hvori de er opløst. Der er ingen sådanne enheder i verden i dag.

Sammen med vores amerikanske partnere fremstiller vi strukturer, hvorpå der skabes enkeltfotonkilder. Disse er enheder, der bruges i biologi, kvantecomputere og kommunikation.

Hvordan er arbejdet med elever organiseret i centret? Får du alt eller kun det bedste af det bedste og til et specifikt projekt?

- De bedste af de bedste kommer hertil, og ikke kun fra vores universitet. Mere end 90% af studerende og kandidater fra Baumanka, såvel som fyre fra Moscow State University og Phystech, arbejder i centrum. Vi er åbne for studerende og kandidater fra alle universiteter. Jeg siger i øvrigt ofte: "Gunner, vi har ingen elever her." Det betyder kun én ting - alle, der kommer hertil, arbejder med det samme med praktiske problemer. Grundlaget for den russiske undervisningsmetode, som Baumanka er berømt for, er undervisning i rigtige "kamp"-opgaver. Hver elev er vores medarbejder.

Alle har adgang til udstyr og materialer, kan de gøre noget selv?

- Individuelle stykker udstyr inde i "clean room" koster € 2-3 mio.. Derfor er det selvfølgelig ikke alle, der har adgang. Før du selvstændigt kan arbejde på sådant udstyr, skal du gennemgå et flertrins træningssystem. Den første test er en undersøgelse af kendskab til reglerne for adfærd og arbejde inde i "rene lokaler".

Derefter gennemgår fyrene flere trin i uddannelsen i udlandet - enten fra en udstyrsproducent eller i laboratorier, der er venlige over for os. De studerer i lang tid - for at få adgang til individuelle stykker udstyr skal du studere i omkring et år.

Du nævnte, at de chips, der laves i dit center, bruges i alle de førende russiske laboratorier, der beskæftiger sig med kvanteberegning. Hvordan vil din udvikling hjælpe med at skabe en kvantecomputer i form af en rigtig fysisk enhed?

- At bygge en kvantecomputer er en ekstremt svær opgave. Udviklingen af integrerede enheder, processorchips er kun en del af det globale kvanteprojekt. Det inkluderer også de mest komplekse algoritmer, oprettelse af speciel software, eksperimentelle kryogene installationer.

Et stort team af fagfolk fra forskellige universiteter og forskningsgrupper arbejder i øjeblikket på at løse de opstillede mål. Vores opgave er at give vores kolleger en højkvalitets elementbase, som skal fungere som grundlag for en russisk kvantecomputer.

Hvornår og hvor tror du, at den første rigtige funktionelle universelle kvantecomputer vil dukke op? Hvorfor er dens udvikling vigtig?

- Det er svært at forudsige, hvor og hvornår en kvantecomputer bliver skabt. Eksperter fra verdens førende laboratorier og virksomheder kalder vilkårene fra 5 til 20 år. Vi har unge medarbejdere i centeret, men vi er nøgterne i vores prognoser. Selv 15-20 år er en meget tæt tid. De muligheder, som en kvantecomputer vil give, er uendelige, de vil fuldstændig ændre menneskehedens liv. Startende fra medicin, medicinsk udstyr og slutter med ny energi, nye materialer.

Chancerne er, at vi endelig vil være i stand til at besejre kræften. En lang række anvendelsesområder kræver ultrahurtig beregning og simulering af kvantesystemer, hvilket vil gøre det muligt at lave en kvanteprocessor. Dette er en stor bedrift for menneskeheden, som uden tvivl vil blive en realitet. Og jeg håber, det sker lige her.

Du talte om skabelsen af biosensorer og udviklingen af teknologi til at skabe materialer til dem. Er der fungerende prototyper, lovende udviklinger, som du kan tale om?

- Vores stolthed er en ny tilgang til skabelsen af epitaksiale materialer (materialer med et perfekt krystalgitter. - RT). Tidligere blev de lavet ved hjælp af meget dyre metoder. Vores team formåede at udvikle en relativt billig teknologi, som vi patenterede i Den Russiske Føderation, og nu udsteder vi et internationalt patent.

Vi lærte, hvordan man skaber epitaksielt sølv, som videnskabsmænd over hele verden har arbejdet uden held på i de sidste 60 år. En række unikke plasmoniske enheder er blevet skabt på basis af sølv: en strålingskilde, en sensor med rekordfølsomhed, detektorer af biologiske markører til bestemmelse af hjerte-kar-sygdomme.

Den samme teknologi er anvendelig til andre metaller, der anvendes i biosensorik og i enkeltfotonkilder. For eksempel, baseret på epitaksialt aluminium, laver vi superledende qubits. Vores løsning viste sig at være virkelig universel.

Fortæl os om nanofotonikkens rolle og betydning. Hvorfor skal Rusland udvikle denne retning?

- Elektronik har udviklet sig meget hurtigt gennem de seneste årtier. Bærerne i disse enheder er elektroner. Men elektronen er i sagens natur begrænset. Fotonik giver os derimod mulighed for at arbejde med en anden informationsbærer – en foton, der kan styres.

Lys er det hurtigste vi har. Mere perfekte bærere er stadig ukendte for menneskeheden. Derfor anser vi alt relateret til nanofotonik for at være yderst lovende. Disse er nye typer computerenheder, nye biologiske enheder, en lang række anvendte retninger.

Du har allerede nævnt "laboratoriet på en chip". Hvad er det, hvordan kan det anvendes, eller er det allerede ved at blive anvendt?

- "Laboratory on a Chip" - et forsøg på at ændre grundlaget for arbejdet inden for biomedicinske analyser. For at få taget en blodprøve i dag går vi for eksempel på laboratoriet og tager en prøve. Så i nogen tid - flere timer eller flere dage - venter vi på resultatet. Så i "laboratoriet på en chip" overføres arbejde med prøver til mikrometerniveauet, til mikroskalaen. Dette giver dig mulighed for radikalt at fremskynde alle processer.

Det vil være muligt at vurdere vores tilstand i realtid. Vi vil bære en slags enhed i vores lommer, der vil sige, at alt er i orden. Eller for eksempel at niveauet af kolesterol er overskredet eller en anden vigtig indikator.

Hvilke gadgets vil en person bruge i den nærmeste fremtid? Hvad vil erstatte de eksisterende "smart-ure"?

- Hvis vi forestiller os, at der er blevet skabt en kvantecomputer og enheder af typen "laboratory on a chip", som har "on board" fotonikenheder, som vi aktivt arbejder med, så kan vores "smartwatches" omdannes til et fungerende datacenter med en kraft, der er større end nogen supercomputer på jorden nu. Og dette er kun begyndelsen.

Hvorfor flyver biler ikke? Fordi vi ikke har en brændstofkilde, der ville give os mulighed for at holde motorerne kørende i lang tid. Der findes et lodret startjetfly, og sådan en motor kunne sættes ind i en bil. Dette vil dog kræve en hel tank brændstof.

En kvantecomputer vil gøre det muligt at beregne stoffer med forudbestemte egenskaber og skabe nye brændstofkilder. Med fremkomsten af de ting, som vi laver i centret i dag, vil der komme en masse nye teknologier, og alle disse fantastiske Star Wars-film vil være tæt på virkeligheden efter et stykke tid.