Malengo na malengo ya kituo cha kisayansi cha Kirusi na kompyuta ya quantum na biosensors

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Ujio wa kompyuta za quantum itawawezesha ubinadamu kuunda aina mpya za mafuta na kufanya mafanikio katika dawa. Maoni haya yanashirikiwa na mkurugenzi wa Kituo cha Sayansi "Functional Micro / Nanosystems" katika Chuo Kikuu cha Ufundi cha Jimbo la Moscow. N. E. Bauman Ilya Rodionov. Kulingana na yeye, moja ya kazi kuu za maabara inayoongozwa na yeye ni maendeleo ya vifaa vya kompyuta ya quantum. Katika mahojiano na RT, mwanasayansi pia alizungumza juu ya maendeleo ya biosensors kwa ajili ya kuchunguza hali ya binadamu katika muda halisi.

Kituo chako kiliundwaje, ni nini?

- Kituo hicho kiliundwa sio muda mrefu uliopita, miaka mitano iliyopita. Wazo la uumbaji wake ni msingi wa ukuzaji wa vifaa kulingana na kanuni mpya za mwili. Tulitaka kuunda teknolojia ambazo bado hazipo duniani na ambazo zitawanufaisha watu.

Makampuni 11 yanayoongoza duniani yalihusika katika kuundwa kwa kituo hicho, ambacho kilifanya iwezekanavyo kutoa miundombinu muhimu na vifaa bora. Mradi huo ulitekelezwa kwa kasi, katika mwaka mmoja tu. Miezi mitatu baadaye, tulianza kuendeleza ufumbuzi wa teknolojia, kwa misingi ambayo vifaa vyote katikati vinaundwa leo.

Kituo hicho kinategemea "chumba safi" - chumba cha viwanda ambacho unyevu, joto, na kiasi cha chembe za hewa hudhibitiwa. Vigezo hivi ni muhimu sana kwa sababu tunafanya kazi na miundo midogo sana, ya ukubwa wa nanomita 10, ambayo ni maelfu ya kipenyo cha nywele za binadamu.

Unafanya utafiti juu ya ukuzaji wa msingi wa vifaa vya kizazi kipya: kutoka kwa kompyuta za quantum hadi sensorer za kibaolojia. Umeweza kufanya nini?

- Ningetaja maeneo matatu muhimu ambayo matokeo yetu yamefikia kiwango cha ulimwengu na katika sehemu zingine hata kuvuka. Kituo hicho ni mkandarasi anayeongoza wa kiteknolojia kwa miradi miwili mikubwa nchini Urusi katika uwanja wa kompyuta ya quantum. Kila mmoja wao huendeleza msingi wake wa kipengele: chips za photonic kulingana na kanuni za nanophotonics na nyaya za qubit kulingana na superconductors.

Maabara zote zinazoongoza nchini Urusi zinazohusika na kompyuta ya quantum hutumia chipsi zetu. Katika vigezo vya mtu binafsi, vipengele vya utendaji vya vifaa vyetu vinaonyesha matokeo yanayozidi kiwango cha dunia.

Eneo la pili ni bioteknolojia. Teknolojia kadhaa zimetengenezwa kwa kuunda kinachojulikana maabara kwenye chip. Huu ndio mwelekeo ambao utasaidia kuokoa maisha katika siku zijazo. Tunatengeneza vifaa vinavyobebeka ambavyo vinaweza kutambua hali ya mtu kwa wakati halisi na hata kuleta athari ya matibabu.

Eneo la tatu muhimu zaidi ni maendeleo ya sensorer sensorer na vyanzo vya mionzi. Katika kipindi cha miaka mitatu iliyopita, tumeweka rekodi kadhaa za dunia kwa wakati mmoja, na kuunda vitambuzi vya kibiolojia vilivyo na usikivu wa rekodi kwa alama muhimu haswa. Baadhi ya vitambuzi hivi vinaweza kugundua hadi chembe tatu za maada kwa kila trilioni ya chembe ambazo zinayeyushwa. Hakuna vifaa kama hivyo ulimwenguni leo.

Pamoja na washirika wetu wa Marekani, tunatengeneza miundo ambayo vyanzo vya fotoni moja huundwa. Hivi ni vifaa vinavyotumika katika biolojia, kompyuta ya quantum, na mawasiliano.

Je, kazi na wanafunzi imepangwaje katikati? Je, unapata yote au bora pekee ya bora na kwa mradi mahususi?

- Bora ya bora kupata hapa, na si tu kutoka chuo kikuu wetu. Zaidi ya 90% ya wanafunzi na wahitimu wa Baumanka, pamoja na wavulana kutoka Chuo Kikuu cha Jimbo la Moscow na Phystech, wanafanya kazi katikati. Tuko wazi kwa wanafunzi na wahitimu wa vyuo vikuu vyote. Kwa njia, mara nyingi mimi husema: "Guys, hatuna wanafunzi hapa." Hii inamaanisha jambo moja tu - kila mtu anayefika hapa mara moja hufanya kazi na shida za vitendo. Msingi wa njia ya ufundishaji wa Kirusi, ambayo Baumanka ni maarufu, inafundisha juu ya kazi halisi, "kupambana". Kila mwanafunzi ni mfanyakazi wetu.

Kila mtu ana uwezo wa kupata vifaa na vifaa, wanaweza kufanya kitu wao wenyewe?

- Vipande vya kibinafsi vya vifaa ndani ya "chumba safi" gharama ya milioni 2-3. Kwa hiyo, bila shaka, si kila mtu anayeweza kufikia. Kabla ya kujitegemea kufanya kazi kwenye vifaa vile, lazima uende kupitia mfumo wa mafunzo wa hatua nyingi. Jaribio la kwanza ni uchunguzi juu ya ujuzi wa sheria za tabia na kazi ndani ya "vyumba safi".

Kisha wavulana hupitia hatua kadhaa za mafunzo nje ya nchi - ama kutoka kwa mtengenezaji wa vifaa au katika maabara ambayo ni ya kirafiki kwetu. Wanasoma kwa muda mrefu - kupata vifaa vya mtu binafsi, unahitaji kusoma kwa karibu mwaka.

Ulitaja kuwa chipsi zilizotengenezwa katikati yako zinatumika katika maabara zote kuu za Kirusi zinazohusika na kompyuta ya quantum. Maendeleo yako yatasaidiaje katika kuunda kompyuta ya quantum kwa namna ya kifaa halisi cha kimwili?

- Kuunda kompyuta ya quantum ni kazi ngumu sana. Maendeleo ya vifaa vilivyounganishwa, chips za processor ni sehemu tu ya mradi wa kimataifa wa quantum. Pia inajumuisha algorithms ngumu zaidi, uundaji wa programu maalum, mitambo ya majaribio ya cryogenic.

Timu kubwa ya wataalamu kutoka vyuo vikuu mbalimbali na vikundi vya utafiti kwa sasa inashughulikia kutatua malengo yaliyowekwa. Kazi yetu ni kuwapa wenzetu msingi wa hali ya juu, ambao utatumika kama msingi wa kompyuta ya quantum ya Kirusi.

Je, unafikiri ni lini na wapi kompyuta ya kwanza ya quantum inayofanya kazi itatokea? Kwa nini maendeleo yake ni muhimu?

- Ni vigumu kutabiri wapi na lini kompyuta ya quantum itaundwa. Wataalamu kutoka kwa maabara na biashara zinazoongoza ulimwenguni huita masharti kutoka miaka 5 hadi 20. Tuna wafanyakazi wachanga katikati, lakini tuko makini katika utabiri wetu. Hata miaka 15-20 ni wakati wa karibu sana. Uwezekano ambao kompyuta ya quantum itatoa haina mwisho, itabadilisha kabisa maisha ya wanadamu. Kuanzia dawa, vifaa vya matibabu na kuishia na nishati mpya, nyenzo mpya.

Nafasi ni kwamba hatimaye tutaweza kushinda saratani. Idadi kubwa ya maeneo ya maombi yanahitaji kompyuta ya haraka-haraka na simulation ya mifumo ya quantum, ambayo itafanya iwezekanavyo kufanya processor ya quantum. Haya ni mafanikio makubwa ya ubinadamu, ambayo bila shaka yatakuwa ukweli. Na natumai itatokea hapa.

Ulizungumza juu ya uundaji wa biosensors na ukuzaji wa teknolojia ya kuunda vifaa kwao. Kuna mifano inayofanya kazi, inayoahidi maendeleo ambayo unaweza kuzungumza juu?

- Kiburi chetu ni mbinu mpya ya kuundwa kwa vifaa vya epitaxial (vifaa vilivyo na kimiani kamili ya kioo. - RT). Hapo awali, zilifanywa kwa kutumia njia za gharama kubwa sana. Timu yetu imeweza kuendeleza teknolojia ya bei nafuu, ambayo tuliipatia hati miliki katika Shirikisho la Urusi, na sasa tunatoa hataza ya kimataifa.

Tulijifunza jinsi ya kuunda fedha ya epitaxial, ambayo wanasayansi duniani kote wamekuwa wakifanya kazi bila mafanikio kwa miaka 60 iliyopita. Idadi ya vifaa vya kipekee vya plasmonic vimeundwa kwa msingi wa fedha: chanzo cha mionzi, sensor yenye unyeti wa rekodi, wagunduzi wa alama za kibaolojia kwa uamuzi wa magonjwa ya moyo na mishipa.

Teknolojia hiyo hiyo inatumika kwa metali nyingine zinazotumiwa katika biosensorics na katika vyanzo vya photon moja. Kwa mfano, kulingana na alumini ya epitaxial, tunafanya qubits superconducting. Suluhisho letu liligeuka kuwa la ulimwengu wote.

Tuambie juu ya jukumu na umuhimu wa nanophotonics. Kwa nini Urusi inahitaji kukuza mwelekeo huu?

- Elektroniki imekuwa ikitengenezwa kwa haraka sana katika miongo kadhaa iliyopita. Wabebaji katika vifaa hivi ni elektroni. Lakini elektroni ni mdogo kwa asili. Photonics, kwa upande mwingine, inatupa fursa ya kufanya kazi na carrier mwingine wa habari - photon ambayo inaweza kudhibitiwa.

Nuru ndio kasi tuliyo nayo. Wabebaji kamili zaidi bado hawajulikani kwa wanadamu. Kwa hivyo, tunazingatia kila kitu kinachohusiana na nanophotonics kuwa cha kuahidi sana. Hizi ni aina mpya za vifaa vya kompyuta, vifaa vipya vya kibaolojia, safu nzima ya maagizo yaliyotumika.

Tayari umetaja "maabara kwenye chip". Ni nini, inawezaje kutumika au tayari inatumika?

- "Maabara kwenye Chip" - jaribio la kubadilisha msingi wa kazi katika uwanja wa uchambuzi wa biomedical. Kwa mfano, ili kupima damu leo, tunaenda kwenye maabara na kuchukua sampuli. Kisha kwa muda - masaa kadhaa au siku kadhaa - tunasubiri matokeo. Kwa hiyo, katika "maabara kwenye chip" kazi na sampuli huhamishiwa kwenye ngazi ya micrometer, kwa microscale. Hii hukuruhusu kuongeza kasi ya michakato yote.

Itawezekana kutathmini hali yetu kwa wakati halisi. Tutabeba katika mifuko yetu aina fulani ya kifaa ambacho kitasema kuwa kila kitu ni sawa. Au, kwa mfano, kwamba kiwango cha cholesterol kinazidi au kiashiria kingine muhimu.

Ni gadgets gani mtu atatumia katika siku za usoni? Ni nini kitachukua nafasi ya "saa mahiri" zilizopo?

- Ikiwa tunafikiria kwamba kompyuta ya quantum na vifaa vya aina ya "maabara kwenye chip" vimeundwa, ambavyo vina vifaa vya picha "kwenye bodi", ambavyo tunafanya kazi kwa bidii, basi "saa zetu za smart" zinaweza kubadilishwa kuwa kifaa cha kupiga picha. kituo cha data kinachofanya kazi chenye nguvu kubwa kuliko kompyuta kuu yoyote duniani sasa. Na huu ni mwanzo tu.

Kwa nini magari hayapandi? Kwa sababu hatuna chanzo cha mafuta ambacho kingetuwezesha kudumisha injini kwa muda mrefu. Kuna ndege inayopaa wima, na injini kama hiyo inaweza kuwekwa kwenye gari. Walakini, hii itahitaji tank nzima ya mafuta.

Kompyuta ya quantum itafanya iwezekanavyo kuhesabu vitu vilivyo na mali iliyotanguliwa na kuunda vyanzo vipya vya mafuta. Pamoja na ujio wa mambo ambayo tunafanya katika kituo hicho leo, teknolojia nyingi mpya zitakuja, na filamu hizi zote za ajabu za Star Wars zitakuwa karibu na ukweli baada ya muda mfupi.