Doelwitte en doelwitte van die Russiese wetenskaplike sentrum met 'n kwantumrekenaar en biosensors

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Die koms van kwantumrekenaars sal die mensdom in staat stel om nuwe soorte brandstof te skep en 'n deurbraak in medisyne te maak. Hierdie mening word gedeel deur die direkteur van die Wetenskaplike Sentrum "Funksionele Mikro / Nanostelsels" by die Moskou Staat Tegniese Universiteit. N. E. Bauman Ilja Rodionov. Volgens hom is een van die hooftake van die laboratorium onder leiding van hom die ontwikkeling van toestelle vir kwantumberekening. In 'n onderhoud met RT het die wetenskaplike ook gepraat oor die ontwikkeling van biosensors vir die diagnose van 'n menslike toestand in reële tyd.

Hoe is jou sentrum geskep, wat is dit?

- Die sentrum is nie so lank gelede geskep nie, vyf jaar gelede. Die idee van sy skepping is gebaseer op die ontwikkeling van toestelle gebaseer op nuwe fisiese beginsels. Ons wou tegnologie skep wat nog nie in die wêreld bestaan nie en wat mense sal bevoordeel.

11 toonaangewende wêreldmaatskappye was betrokke by die skepping van die sentrum, wat dit moontlik gemaak het om die nodige infrastruktuur en die beste toerusting te verskaf. Die projek is vinnig geïmplementeer, in net een jaar. Drie maande later het ons begin om tegnologiese oplossings te ontwikkel, op grond waarvan alle toestelle in die sentrum vandag geskep word.

Die sentrum is gebaseer op 'n "skoon kamer" - 'n industriële kamer waarin humiditeit, temperatuur en die hoeveelheid deeltjies in die lug beheer word. Hierdie parameters is krities belangrik omdat ons met baie klein strukture werk, ongeveer 10 nanometer groot, wat duisendstes van die deursnee van 'n menslike haar is.

Jy doen navorsing oor die ontwikkeling van die elementbasis vir toestelle van 'n nuwe generasie: van kwantumrekenaars tot biologiese sensors. Wat het jy reggekry om te doen?

- Ek sal drie sleutelareas uitsonder waarin ons resultate die wêreldvlak bereik het en dit op sommige plekke selfs oorskry het. Die sentrum is die voorste tegnologiese kontrakteur vir twee van die grootste projekte in Rusland op die gebied van kwantumrekenaars. Elkeen van hulle ontwikkel sy eie elementbasis: fotoniese skyfies gebaseer op die beginsels van nanofotonika en qubit-stroombane gebaseer op supergeleiers.

Alle toonaangewende laboratoriums in Rusland wat met kwantumrekenaars handel, gebruik ons skyfies. In individuele parameters toon die funksionele elemente van ons toestelle resultate wat die wêreldvlak oorskry.

Die tweede area is biotegnologie. Verskeie tegnologieë is ontwikkel om sogenaamde laboratoriums op 'n skyfie te skep. Dit is die rigting wat lewens in die toekoms sal help red. Ons ontwikkel draagbare toestelle wat 'n persoon se toestand intyds kan diagnoseer en selfs 'n terapeutiese effek kan hê.

Die derde belangrikste area is die ontwikkeling van sensorsensors en bestralingsbronne. Oor die afgelope drie jaar het ons verskeie wêreldrekords gelyktydig opgestel, biologiese sensors geskep met rekord sensitiwiteit vir veral belangrike merkers. Sommige van hierdie sensors kan tot drie deeltjies materie per triljoen deeltjies materie waarin hulle opgelos is, opspoor. Daar is vandag nie sulke toestelle in die wêreld nie.

Saam met ons Amerikaanse vennote vervaardig ons strukture waarop enkelfotonbronne geskep word. Dit is toestelle wat in biologie, kwantumrekenaars en kommunikasie gebruik word.

Hoe is die werk met studente in die sentrum georganiseer? Kry jy alles of net die beste van die beste en vir 'n spesifieke projek?

- Die beste van die beste kom hier, en nie net van ons universiteit af nie. Meer as 90% van studente en gegradueerdes van Baumanka, sowel as ouens van Moskou Staatsuniversiteit en Phystech, werk in die sentrum. Ons is oop vir studente en gegradueerdes van alle universiteite. Terloops, ek sê dikwels: "Ouens, ons het geen studente hier nie." Dit beteken net een ding – almal wat dadelik hier kom werk met praktiese probleme. Die basis van die Russiese onderrigmetode, waarvoor Baumanka bekend is, is onderrig oor regte, "gevegte" take. Elke student is ons werknemer.

Almal het toegang tot toerusting en materiaal, kan hulle iets van hul eie doen?

- Individuele stukke toerusting binne die "skoon kamer" kos € 2-3 miljoen. Daarom het natuurlik nie almal toegang nie. Voordat jy onafhanklik aan sulke toerusting kan werk, moet jy deur 'n multi-stadium opleidingstelsel gaan. Die eerste toets is 'n eksamen oor die kennis van die gedragsreëls en werk binne die "skoon kamers".

Dan gaan die ouens deur verskeie fases van opleiding in die buiteland – hetsy van’n toerustingvervaardiger of in laboratoriums wat ons vriendelik is. Hulle studeer lank - om toegang tot individuele stukke toerusting te kry, moet jy ongeveer 'n jaar lank studeer.

Jy het genoem dat die skyfies wat in jou sentrum gemaak word, gebruik word in al die voorste Russiese laboratoriums wat besig is met kwantumrekenaars. Hoe sal jou ontwikkelings help om 'n kwantumrekenaar in die vorm van 'n regte fisiese toestel te skep?

- Die bou van 'n kwantumrekenaar is 'n uiters moeilike taak. Die ontwikkeling van geïntegreerde toestelle, verwerkerskyfies is slegs deel van die globale kwantumprojek. Dit sluit ook die mees komplekse algoritmes, die skepping van spesiale sagteware, eksperimentele kryogeniese installasies in.

’n Groot span professionele persone van verskeie universiteite en navorsingsgroepe werk tans daaraan om die gestelde doelwitte op te los. Ons taak is om ons kollegas te voorsien van 'n hoë-gehalte element basis, wat sal dien as die basis vir 'n Russiese kwantum rekenaar.

Wanneer en waar dink jy sal die eerste werklike funksionele universele kwantumrekenaar verskyn? Waarom is die ontwikkeling daarvan belangrik?

- Dit is moeilik om te voorspel waar en wanneer 'n kwantumrekenaar geskep sal word. Kenners van die wêreld se voorste laboratoriums en ondernemings noem die terme van 5 tot 20 jaar. Ons het jong werknemers in die sentrum, maar ons is nugter in ons voorspellings. Selfs 15-20 jaar is 'n baie nabye tyd. Die moontlikhede wat 'n kwantumrekenaar sal gee is eindeloos, dit sal die lewe van die mensdom heeltemal verander. Begin van dwelms, mediese toerusting en eindig met nuwe energie, nuwe materiale.

Die kans is groot dat ons uiteindelik kanker sal kan oorwin. 'n Groot aantal toepassingsareas vereis ultravinnige berekening en simulasie van kwantumstelsels, wat dit moontlik sal maak om 'n kwantumverwerker te maak. Dit is 'n groot prestasie van die mensdom, wat ongetwyfeld 'n werklikheid sal word. En ek hoop dit gebeur net hier.

Jy het gepraat oor die skepping van biosensors en die ontwikkeling van tegnologie om materiaal daarvoor te skep. Is daar werkende prototipes, belowende ontwikkelings waaroor jy kan praat?

- Ons trots is 'n nuwe benadering tot die skepping van epitaksiale materiale (materiaal met 'n perfekte kristalrooster. - RT). Voorheen is hulle met baie duur metodes gemaak. Ons span het daarin geslaag om 'n relatief goedkoop tegnologie te ontwikkel, wat ons in die Russiese Federasie gepatenteer het, en nou reik ons 'n internasionale patent uit.

Ons het geleer hoe om epitaksiale silwer te skep, waaraan wetenskaplikes regoor die wêreld die afgelope 60 jaar onsuksesvol gewerk het. 'n Aantal unieke plasmoniese toestelle is op die basis van silwer geskep: 'n bestralingsbron, 'n sensor met 'n rekord sensitiwiteit, detektors van biologiese merkers vir die bepaling van kardiovaskulêre siektes.

Dieselfde tegnologie is van toepassing op ander metale wat in biosensorika en in enkelfotonbronne gebruik word. Byvoorbeeld, gebaseer op epitaksiale aluminium, maak ons supergeleidende qubits. Ons oplossing het geblyk werklik universeel te wees.

Vertel ons van die rol en betekenis van nanofotonika. Waarom moet Rusland hierdie rigting ontwikkel?

- Elektronika het die afgelope dekades baie vinnig ontwikkel. Die draers in hierdie toestelle is elektrone. Maar die elektron is inherent beperk. Fotonika, aan die ander kant, gee ons die geleentheid om met 'n ander inligtingsdraer te werk - 'n foton wat beheer kan word.

Lig is die vinnigste wat ons het. Meer volmaakte draers is nog onbekend aan die mensdom. Daarom beskou ons alles wat met nanofotonika verband hou as uiters belowend. Dit is nuwe soorte rekenaartoestelle, nuwe biologiese toestelle,’n hele reeks toegepaste rigtings.

Jy het reeds die "laboratorium op 'n skyfie" genoem. Wat is dit, hoe kan dit toegepas word of word dit reeds toegepas?

- "Laboratorium op 'n skyfie" - 'n poging om die basis van werk op die gebied van biomediese ontledings te verander. Byvoorbeeld, om vandag 'n bloedtoets te kry, gaan ons na die laboratorium en neem 'n monster. Dan wag ons vir 'n geruime tyd - 'n paar uur of 'n paar dae - vir die resultaat. Dus, in die "laboratorium op 'n skyfie" word werk met monsters oorgedra na die mikrometervlak, na die mikroskaal. Dit laat jou toe om alle prosesse radikaal te bespoedig.

Dit sal moontlik wees om ons toestand in reële tyd te assesseer. Ons sal 'n soort toestel in ons sakke dra wat sal sê dat alles reg is. Of, byvoorbeeld, dat die vlak van cholesterol oorskry word of 'n ander belangrike aanwyser.

Watter gadgets sal 'n persoon in die nabye toekoms gebruik? Wat sal die bestaande "slimhorlosies" vervang?

- As ons ons voorstel dat 'n kwantumrekenaar en toestelle van die tipe "laboratorium op 'n skyfie" geskep is, wat "aan boord" fotoniese toestelle het waarmee ons aktief werk, dan kan ons "slimhorlosies" verander word in 'n werkende datasentrum met 'n krag groter as enige superrekenaar op aarde nou. En dit is net die begin.

Hoekom vlieg motors nie? Omdat ons nie 'n bron van brandstof het wat ons in staat sal stel om die enjins vir 'n lang tyd aan die gang te hou nie. 'n Vertikale opstygstraler bestaan, en so 'n enjin kan in 'n motor geplaas word. Dit sal egter 'n hele tenk brandstof verg.

'n Kwantumrekenaar sal dit moontlik maak om stowwe met voorafbepaalde eienskappe te bereken en nuwe bronne van brandstof te skep. Met die koms van die dinge wat ons vandag by die sentrum doen, sal baie nuwe tegnologieë kom, en al hierdie fantastiese Star Wars-films sal na 'n rukkie naby die werklikheid wees.