Mål og mål for det russiske vitenskapssenteret med en kvantedatamaskin og biosensorer

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Fremkomsten av kvantedatamaskiner vil tillate menneskeheten å lage nye typer drivstoff og gjøre et gjennombrudd innen medisinen. Denne oppfatningen deles av direktøren for det vitenskapelige senteret "Functional Micro / Nanosystems" ved Moscow State Technical University. N. E. Bauman Ilya Rodionov. Ifølge ham er en av hovedoppgavene til laboratoriet ledet av ham utviklingen av enheter for kvanteberegning. I et intervju med RT snakket forskeren også om utviklingen av biosensorer for å diagnostisere en menneskelig tilstand i sanntid.

– Hvordan ble senteret ditt opprettet, hva er det?

– Senteret ble opprettet for ikke så lenge siden, for fem år siden. Ideen om opprettelsen er basert på utviklingen av enheter basert på nye fysiske prinsipper. Vi ønsket å skape teknologier som ennå ikke eksisterer i verden og som vil komme mennesker til gode.

11 ledende verdensbedrifter var involvert i opprettelsen av senteret, som gjorde det mulig å skaffe nødvendig infrastruktur og det beste utstyret. Prosjektet ble implementert raskt, på bare ett år. Tre måneder senere begynte vi å utvikle teknologiske løsninger, på grunnlag av hvilke alle enheter i sentrum blir skapt i dag.

Senteret er basert på et "rent rom" - et industrirom hvor fuktighet, temperatur og mengden partikler i luften kontrolleres. Disse parameterne er kritisk viktige fordi vi jobber med svært små strukturer, omtrent 10 nanometer store, som er tusendeler av diameteren til et menneskehår.

Du forsker på utviklingen av elementbasen for enheter av en ny generasjon: fra kvantedatamaskiner til biologiske sensorer. Hva klarte du å gjøre?

– Jeg vil trekke frem tre nøkkelområder der resultatene våre har nådd verdensnivå og noen steder til og med overskredet det. Senteret er den ledende teknologiske entreprenøren for to av de største prosjektene i Russland innen kvantedatabehandling. Hver av dem utvikler sin egen elementbase: fotoniske brikker basert på prinsippene for nanofotonikk og qubit-kretser basert på superledere.

Alle ledende laboratorier i Russland som driver med kvantedatabehandling bruker brikkene våre. I individuelle parametere viser funksjonselementene til enhetene våre resultater som overgår verdensnivået.

Det andre området er bioteknologi. Det er utviklet flere teknologier for å lage såkalte laboratorier på en brikke. Dette er retningen som vil bidra til å redde liv i fremtiden. Vi utvikler bærbare enheter som kan diagnostisere en persons tilstand i sanntid og til og med utføre en terapeutisk effekt.

Det tredje viktigste området er utvikling av sensorsensorer og strålingskilder. I løpet av de siste tre årene har vi satt flere verdensrekorder på en gang, laget biologiske sensorer med rekordfølsomhet for spesielt viktige markører. Noen av disse sensorene kan oppdage opptil tre partikler av stoff per billion partikler av stoff de er oppløst i. Det finnes ingen slike enheter i verden i dag.

Sammen med våre amerikanske partnere produserer vi strukturer som enkeltfotonkilder lages på. Dette er enheter som brukes i biologi, kvantedatabehandling og kommunikasjon.

– Hvordan er arbeidet med studenter organisert i sentrum? Får du alt eller bare det beste av det beste og for et spesifikt prosjekt?

– De beste av de beste kommer hit, og ikke bare fra universitetet vårt. Mer enn 90% av studentene og nyutdannede fra Baumanka, samt gutter fra Moscow State University og Phystech, jobber i sentrum. Vi er åpne for studenter og nyutdannede fra alle universiteter. Jeg sier forresten ofte: «Gutter, vi har ingen elever her». Dette betyr bare én ting – alle som kommer hit jobber umiddelbart med praktiske problemer. Grunnlaget for den russiske undervisningsmetoden, som Baumanka er kjent for, er undervisning i ekte "kampoppgaver". Hver student er vår medarbeider.

– Alle har tilgang til utstyr og materiell, kan de gjøre noe selv?

– Individuelle utstyrsdeler inne i "clean room" koster € 2-3 millioner. Derfor er det selvfølgelig ikke alle som har tilgang. Før du kan jobbe selvstendig med slikt utstyr, må du gjennom et flertrinns treningssystem. Den første prøven er en eksamen på kunnskap om reglene for oppførsel og arbeid inne i "rene rom".

Deretter går gutta gjennom flere stadier av opplæring i utlandet – enten fra en utstyrsprodusent eller i laboratorier som er vennlige mot oss. De studerer lenge - for å få tilgang til individuelle deler av utstyret, må du studere i omtrent et år.

– Du nevnte at brikkene som lages i senteret ditt brukes i alle de ledende russiske laboratoriene som driver med kvanteberegning. Hvordan vil utviklingen din hjelpe deg med å lage en kvantedatamaskin i form av en ekte fysisk enhet?

– Å bygge en kvantedatamaskin er en ekstremt vanskelig oppgave. Utviklingen av integrerte enheter, prosessorbrikker er bare en del av det globale kvanteprosjektet. Det inkluderer også de mest komplekse algoritmene, opprettelsen av spesiell programvare, eksperimentelle kryogene installasjoner.

Et stort team av fagpersoner fra ulike universiteter og forskningsgrupper jobber for tiden med å løse de oppsatte målene. Vår oppgave er å gi våre kolleger en høykvalitets elementbase, som vil tjene som grunnlag for en russisk kvantedatamaskin.

– Når og hvor tror du den første virkelige funksjonelle universelle kvantedatamaskinen dukker opp? Hvorfor er utviklingen viktig?

– Det er vanskelig å forutsi hvor og når en kvantedatamaskin vil bli laget. Eksperter fra verdens ledende laboratorier og bedrifter kaller vilkårene fra 5 til 20 år. Vi har unge ansatte i sentrum, men vi er nøkterne i våre prognoser. Selv 15-20 år er en veldig nær tid. Mulighetene som en kvantedatamaskin vil gi er uendelige, de vil fullstendig forandre menneskehetens liv. Starter fra medikamenter, medisinsk utstyr og slutter med ny energi, nye materialer.

Sjansen er stor for at vi endelig vil være i stand til å beseire kreft. Et stort antall bruksområder krever ultrarask databehandling og simulering av kvantesystemer, noe som vil gjøre det mulig å lage en kvanteprosessor. Dette er en stor prestasjon av menneskeheten, som utvilsomt vil bli en realitet. Og jeg håper det skjer akkurat her.

– Du snakket om etableringen av biosensorer og utviklingen av teknologi for å lage materialer for dem. Finnes det fungerende prototyper, lovende utviklinger som du kan snakke om?

- Vår stolthet er en ny tilnærming til å lage epitaksiale materialer (materialer med et perfekt krystallgitter. - RT). Tidligere ble de laget med svært kostbare metoder. Teamet vårt klarte å utvikle en relativt billig teknologi, som vi patenterte i Russland, og nå utsteder vi et internasjonalt patent.

Vi lærte hvordan vi lager epitaksielt sølv, som forskere over hele verden har jobbet uten hell de siste 60 årene. En rekke unike plasmoniske enheter er laget på grunnlag av sølv: en strålingskilde, en sensor med rekordfølsomhet, detektorer av biologiske markører for bestemmelse av kardiovaskulære sykdommer.

Den samme teknologien kan brukes på andre metaller som brukes i biosensorikk og i enkeltfotonkilder. For eksempel, basert på epitaksialt aluminium, lager vi superledende qubits. Vår løsning viste seg å være virkelig universell.

– Fortell oss om nanofotonikkens rolle og betydning. Hvorfor trenger Russland å utvikle denne retningen?

– Elektronikk har utviklet seg veldig raskt de siste tiårene. Bærerne i disse enhetene er elektroner. Men elektronet er iboende begrenset. Fotonikk gir oss derimot muligheten til å jobbe med en annen informasjonsbærer – et foton som kan kontrolleres.

Lys er det raskeste vi har. Mer perfekte bærere er fortsatt ukjent for menneskeheten. Derfor anser vi alt relatert til nanofotonikk som ekstremt lovende. Dette er nye typer dataenheter, nye biologiske enheter, en hel rekke anvendte retninger.

– Du har allerede nevnt «laboratoriet på en chip». Hva er det, hvordan kan det brukes eller er det allerede i bruk?

- "Laboratory on a Chip" - et forsøk på å endre grunnlaget for arbeidet innen biomedisinske analyser. For å ta en blodprøve i dag går vi for eksempel til laboratoriet og tar en prøve. Så i noen tid - flere timer eller flere dager - venter vi på resultatet. Så i "laboratoriet på en brikke" overføres arbeid med prøver til mikrometernivået, til mikroskalaen. Dette lar deg radikalt fremskynde alle prosesser.

Det vil være mulig å vurdere tilstanden vår i sanntid. Vi vil bære i lommene våre en slags enhet som vil si at alt er bra. Eller for eksempel at nivået av kolesterol er overskredet eller en annen viktig indikator.

– Hvilke gadgets vil en person bruke i nær fremtid? Hva vil erstatte de eksisterende "smartklokkene"?

- Hvis vi forestiller oss at det er opprettet en kvantedatamaskin og enheter av typen "laboratorium på en brikke", som har "ombord" fotoniske enheter som vi aktivt jobber med, så kan "smartklokkene" våre gjøres om til en fungerende datasenter med en kraft som er større enn noen superdatamaskin på jorden nå. Og dette er bare begynnelsen.

Hvorfor flyr ikke biler? Fordi vi ikke har en drivstoffkilde som gjør at vi kan holde motorene i gang i lang tid. Et vertikalt startjetfly eksisterer, og en slik motor kan settes inn i en bil. Dette vil imidlertid kreve en hel tank med drivstoff.

En kvantedatamaskin vil gjøre det mulig å beregne stoffer med forhåndsbestemte egenskaper og skape nye drivstoffkilder. Med ankomsten av de tingene vi gjør på senteret i dag, vil mange nye teknologier komme, og alle disse fantastiske Star Wars-filmene vil være nær virkeligheten etter en stund.