Квантын компьютер, биосенсор бүхий Оросын шинжлэх ухааны төвийн зорилго, зорилтууд

2024 Зохиолч: Seth Attwood | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-16 16:12

Квантын компьютер гарч ирснээр хүн төрөлхтөнд шинэ төрлийн түлш бий болгож, анагаах ухаанд нээлт хийх боломжтой болно. Энэ саналыг Москвагийн Улсын Техникийн Их Сургуулийн дэргэдэх "Функциональ микро / наносистем" шинжлэх ухааны төвийн захирал хуваалцаж байна. Н. Э. Бауман Илья Родионов. Түүний хэлснээр, түүний удирддаг лабораторийн үндсэн ажлын нэг бол квант тооцооллын төхөөрөмж боловсруулах явдал юм. Эрдэмтэн RT-д өгсөн ярилцлагадаа хүний биеийн байдлыг бодит цаг хугацаанд нь оношлох био мэдрэгч бүтээж байгаа талаар мөн ярьсан байна.

Танай төв хэрхэн байгуулагдсан бэ, юу вэ?

-Төв байгуулагдаад удаагүй байгаа, таван жилийн өмнө. Үүнийг бүтээх санаа нь шинэ физик зарчимд суурилсан төхөөрөмжийг хөгжүүлэхэд суурилдаг. Бид дэлхийд байхгүй, хүмүүст тустай технологиудыг бүтээхийг хүссэн.

Тус төвийг байгуулахад дэлхийн тэргүүлэх 11 компани оролцсон нь шаардлагатай дэд бүтэц, шилдэг тоног төхөөрөмжөөр хангах боломжтой болсон. Төсөл маш хурдацтай, ердөө нэг жилийн дотор хэрэгжсэн. Гурван сарын дараа бид технологийн шийдлүүдийг боловсруулж эхэлсэн бөгөөд үүний үндсэн дээр өнөөдөр төвийн бүх төхөөрөмжийг бий болгож байна.

Энэ төв нь "цэвэр өрөө" - чийгшил, температур, агаар дахь тоосонцрын хэмжээг хянадаг үйлдвэрлэлийн өрөөнд суурилдаг. Эдгээр үзүүлэлтүүд нь маш чухал бөгөөд учир нь бид 10 орчим нанометр хэмжээтэй, хүний үсний диаметрийн мянганы нэгтэй тэнцэх хэмжээтэй маш жижиг бүтэцтэй ажиллаж байна.

Та квант компьютерээс эхлээд биологийн мэдрэгч хүртэлх шинэ үеийн төхөөрөмжүүдийн элементийн суурийг боловсруулах судалгаа хийж байна. Та юу хийж чадсан бэ?

-Бидний үр дүн дэлхийн түвшинд хүрсэн, зарим газар түүнээс ч давсан гурван гол чиглэлийг би онцолж хэлье. Тус төв нь квантын тооцооллын чиглэлээр ОХУ-ын хамгийн том хоёр төслийн технологийн тэргүүлэгч гүйцэтгэгч юм. Тэд тус бүр өөрийн элементийн суурийг боловсруулдаг: нанофотоникийн зарчимд суурилсан фотоник чип, хэт дамжуулагч дээр суурилсан кубит хэлхээ.

Квантын тооцооллын чиглэлээр ажилладаг Оросын бүх тэргүүлэх лабораториуд манай чипийг ашигладаг. Хувь хүний параметрийн хувьд манай төхөөрөмжийн функциональ элементүүд нь дэлхийн түвшнээс давсан үр дүнг харуулж байна.

Хоёр дахь чиглэл нь биотехнологи юм. Чип дээр лаборатори гэж нэрлэгддэг хэд хэдэн технологийг бий болгосон. Энэ бол ирээдүйд хүний амь насыг аврахад туслах чиглэл юм. Хүний биеийн байдлыг цаг алдалгүй оношлох, тэр байтугай эмчилгээний үр нөлөө үзүүлэх зөөврийн төхөөрөмж бүтээж байна.

Гурав дахь чухал чиглэл бол мэдрэгч мэдрэгч, цацрагийн эх үүсвэрийг хөгжүүлэх явдал юм. Сүүлийн гурван жилийн хугацаанд бид дэлхийн хэд хэдэн дээд амжилтыг нэгэн зэрэг тогтоож, онцгой чухал маркеруудад дээд зэргийн мэдрэмжтэй биологийн мэдрэгч бүтээв. Эдгээр мэдрэгчийн зарим нь ууссан бодисын нэг триллион ширхэгт 3 хүртэлх тооны ширхэгийг илрүүлж чаддаг. Өнөөдөр дэлхий дээр ийм төхөөрөмж байдаггүй.

Бид Америкийн түншүүдтэйгээ хамтран нэг фотоны эх үүсвэрийг бий болгодог бүтцийг үйлдвэрлэдэг. Эдгээр нь биологи, квант тооцоолол, харилцаа холбоо зэрэгт ашиглагддаг төхөөрөмжүүд юм.

Тус төвд оюутнуудтай хийх ажил хэрхэн зохион байгуулагдаж байна вэ? Та хамгийн сайныг нь бүгдийг нь эсвэл зөвхөн тодорхой нэг төсөлд зориулж авдаг уу?

- Шилдэг нь зөвхөн манай их сургуулиас биш энд ирдэг. Бауманкагийн оюутнууд, төгсөгчдийн 90 гаруй хувь нь Москвагийн Улсын Их Сургууль, Физтекийн залуус тус төвд ажилладаг. Бид бүх их дээд сургуулийн оюутан, төгсөгчдөд нээлттэй. Дашрамд хэлэхэд би: "Залуус аа, манайд оюутан байхгүй" гэж байнга хэлдэг. Энэ нь зөвхөн нэг л зүйл гэсэн үг - энд ирсэн хүн бүр практик асуудалтай тулгардаг. Бауманкагийн алдартай Оросын заах аргын үндэс нь бодит, "байлдааны" даалгавруудыг заах явдал юм. Оюутан бүр манай ажилтан.

Хүн бүр тоног төхөөрөмж, материалаар хангадаг, өөрсдөө юм хийж чадах уу?

- "Цэвэр өрөө" доторх бие даасан тоног төхөөрөмж нь 2-3 сая еврогийн үнэтэй байдаг. Тиймээс хүн бүр нэвтрэх боломжгүй нь мэдээж. Ийм тоног төхөөрөмж дээр бие даан ажиллахын өмнө та олон үе шаттай сургалтын системд хамрагдах ёстой. Эхний шалгалт нь "цэвэр өрөө" доторх зан үйл, ажлын дүрмийн мэдлэгийн шалгалт юм.

Дараа нь залуус гадаадад сургалтын хэд хэдэн үе шатыг дамждаг - тоног төхөөрөмж үйлдвэрлэгчээс эсвэл бидэнд ээлтэй лабораторид. Тэд удаан хугацаанд суралцдаг - бие даасан тоног төхөөрөмжид нэвтрэхийн тулд та нэг жил орчим суралцах хэрэгтэй.

Танай төвд хийсэн чипүүдийг Оросын квант тооцоолол хийдэг тэргүүлэгч бүх лабораторид ашигладаг гэж та хэлсэн. Таны хөгжүүлэлт бодит физик төхөөрөмж хэлбэрээр квант компьютер бүтээхэд хэрхэн туслах вэ?

- Квантын компьютер бүтээх нь туйлын хэцүү ажил юм. Нэгдсэн төхөөрөмж, процессорын чипийг хөгжүүлэх нь дэлхийн квант төслийн зөвхөн нэг хэсэг юм. Энэ нь хамгийн төвөгтэй алгоритмууд, тусгай програм хангамжийг бий болгох, туршилтын криоген суурилуулалтыг багтаасан болно.

Төрөл бүрийн их дээд сургууль, судалгааны бүлгүүдээс бүрдсэн мэргэжлийн том баг одоогоор тавьсан зорилтуудыг шийдвэрлэхээр ажиллаж байна. Бидний даалгавар бол Оросын квант компьютерын үндэс суурь болох өндөр чанартай элементийн баазаар хамтран ажиллагсдаа хангах явдал юм.

Анхны жинхэнэ функциональ универсал квант компьютер хэзээ, хаана гарч ирнэ гэж та бодож байна вэ? Түүний хөгжил яагаад чухал вэ?

- Квантын компьютер хаана, хэзээ бүтээгдэхийг таамаглахад бэрх. Дэлхийд тэргүүлэгч лаборатори, аж ахуйн нэгжийн мэргэжилтнүүд 5-20 жилийн хугацаатай гэж нэрлэдэг. Манай төвд залуу ажилтнууд байгаа ч бид урьдчилан таамаглаж байгаадаа ухаалаг ханддаг. 15-20 жил ч гэсэн их ойрхон хугацаа. Квантын компьютерийн өгөх боломжууд хязгааргүй бөгөөд тэдгээр нь хүн төрөлхтний амьдралыг бүрэн өөрчлөх болно. Эм, эмнэлгийн тоног төхөөрөмжөөс эхлээд шинэ эрчим хүч, шинэ материалаар төгсдөг.

Бид эцэст нь хорт хавдрыг ялах магадлал өндөр байна. Олон тооны хэрэглээний талбарууд нь хэт хурдан тооцоолол, квант системийг симуляци шаарддаг бөгөөд энэ нь квант процессор хийх боломжтой болно. Энэ бол гарцаагүй бодит ажил болох хүн төрөлхтний агуу ололт юм. Тэгээд яг энд болно гэж найдаж байна.

Та био мэдрэгчийг бий болгох, түүнд зориулсан материал бүтээх технологийг хөгжүүлэх талаар ярьсан. Ажиллаж буй прототипүүд, таны ярих боломжтой ирээдүйтэй бүтээн байгуулалтууд байна уу?

- Бидний бахархал бол эпитаксиаль материал (төгс болор тор бүхий материал. - RT) бүтээх шинэ хандлага юм. Өмнө нь тэд маш үнэтэй арга ашиглан хийдэг байсан. Манай хамт олон харьцангуй хямд технологиор бүтээж Оросын Холбооны Улсад патентжуулж чадсан бөгөөд одоо олон улсын патентыг олгож байна.

Сүүлийн 60 жилийн турш дэлхийн эрдэмтэд амжилтгүй ажиллаж байгаа эпитаксиаль мөнгийг бид хэрхэн бүтээх талаар сурсан. Мөнгөний үндсэн дээр хэд хэдэн өвөрмөц плазмоник төхөөрөмжийг бүтээсэн: цацрагийн эх үүсвэр, дээд зэргийн мэдрэмжтэй мэдрэгч, зүрх судасны өвчнийг тодорхойлох биологийн маркер илрүүлэгч.

Үүнтэй ижил технологи нь биосенсорик болон нэг фотоны эх үүсвэрт хэрэглэгддэг бусад металлуудад хамаарна. Жишээлбэл, эпитаксиаль хөнгөн цагаан дээр үндэслэн бид хэт дамжуулагч кубит хийдэг. Бидний шийдэл үнэхээр бүх нийтийнх болсон.

Нанофотоникийн үүрэг, ач холбогдлын талаар яриач. Орос яагаад энэ чиглэлийг хөгжүүлэх шаардлагатай байна вэ?

- Сүүлийн хэдэн арван жилд электроник маш хурдацтай хөгжиж байна. Эдгээр төхөөрөмжүүдийн тээвэрлэгчид нь электронууд юм. Гэвч электрон угаасаа хязгаарлагдмал байдаг. Харин фотоник нь бидэнд өөр мэдээлэл зөөгч буюу удирдаж болох фотонтой ажиллах боломжийг олгодог.

Гэрэл бол бидэнд хамгийн хурдан байдаг. Илүү төгс тээвэрлэгчид хүн төрөлхтөнд мэдэгдээгүй хэвээр байна. Тиймээс бид нанофотониктой холбоотой бүх зүйлийг маш ирээдүйтэй гэж үздэг. Эдгээр нь шинэ төрлийн тооцоолох төхөөрөмжүүд, шинэ биологийн төхөөрөмжүүд, бүхэл бүтэн хэрэглээний чиглэлүүд юм.

“Чип дээрх лаборатори” гэж та өмнө нь дурдсан. Энэ нь юу вэ, яаж хэрэглэх вэ эсвэл аль хэдийн хэрэгжиж байна уу?

- "Чип дээрх лаборатори" - биоанагаахын шинжилгээний чиглэлээрх ажлын үндсийг өөрчлөх оролдлого. Тухайлбал, өнөөдөр цусны шинжилгээ өгөхийн тулд лабораторид очиж, дээж авдаг. Дараа нь хэсэг хугацаанд - хэдэн цаг эсвэл хэдэн өдөр - бид үр дүнг хүлээж байна. Тиймээс "чип дээрх лабораторид" дээжтэй ажиллах ажлыг микрометрийн түвшинд, микро масштаб руу шилжүүлдэг. Энэ нь бүх үйл явцыг эрс хурдасгах боломжийг танд олгоно.

Бидний нөхцөл байдлыг бодит цаг хугацаанд нь үнэлэх боломжтой болно. Бид халаасандаа бүх зүйл сайхан байна гэж хэлэх ямар нэгэн төхөөрөмжийг авч явах болно. Эсвэл, жишээлбэл, холестерины хэмжээ хэтэрсэн эсвэл өөр нэг чухал үзүүлэлт.

Ойрын ирээдүйд хүн ямар хэрэгсэл ашиглах вэ? Одоо байгаа "ухаалаг цаг"-ыг юу орлуулах вэ?

-Хэрвээ бид идэвхтэй ажиллаж байгаа “борт дээрх” фотоник төхөөрөмж бүхий “чип дээрх лаборатори” төрлийн квант компьютер болон төхөөрөмжүүдийг бүтээсэн гэж төсөөлвөл бидний “ухаалаг цаг”-ыг Одоогийн байдлаар дэлхий дээрх ямар ч суперкомпьютерээс илүү хүчин чадалтай мэдээллийн төв ажиллаж байна. Мөн энэ бол зөвхөн эхлэл юм.

Яагаад машин нисдэггүй вэ? Учир нь бидэнд хөдөлгүүрийг удаан ажиллуулах түлшний эх үүсвэр байхгүй. Босоо хөөрөх тийрэлтэт онгоц байдаг бөгөөд ийм хөдөлгүүрийг машинд суулгаж болно. Гэсэн хэдий ч энэ нь бүхэл бүтэн сав түлш шаардагдах болно.

Квантын компьютер нь урьдчилан тодорхойлсон шинж чанартай бодисыг тооцоолох, түлшний шинэ эх үүсвэрийг бий болгох боломжийг олгоно. Өнөөдөр бидний энэ төвд хийж байгаа зүйлс гарч ирснээр маш олон шинэ технологи гарч ирэх бөгөөд энэ бүх гайхалтай Оддын дайн кинонууд хэсэг хугацааны дараа бодит байдалд ойртох болно.