Kuantum bilgisayar ve biyosensörlü Rus bilim merkezinin amaçları ve hedefleri

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Kuantum bilgisayarların ortaya çıkışı, insanlığın yeni yakıt türleri yaratmasına ve tıpta bir atılım yapmasına izin verecek. Bu görüş, Moskova Devlet Teknik Üniversitesi'ndeki "Fonksiyonel Mikro / Nanosistemler" Bilim Merkezi direktörü tarafından paylaşılmaktadır. N. E. Bauman İlya Rodionov. Ona göre, başkanlığındaki laboratuvarın ana görevlerinden biri kuantum hesaplama için cihazların geliştirilmesidir. RT ile yaptığı röportajda bilim adamı, bir insan durumunu gerçek zamanlı olarak teşhis etmek için biyosensörlerin geliştirilmesinden de bahsetti.

Merkeziniz nasıl oluştu, nedir?

- Merkez çok uzun zaman önce değil, beş yıl önce kuruldu. Yaratılışı fikri, yeni fiziksel ilkelere dayalı cihazların geliştirilmesine dayanmaktadır. Dünyada henüz var olmayan ve insanlara fayda sağlayacak teknolojiler yaratmak istedik.

Gerekli altyapının ve en iyi ekipmanın sağlanmasını mümkün kılan merkezin oluşturulmasında dünyanın önde gelen 11 şirketi yer aldı. Proje sadece bir yılda hızla hayata geçirildi. Üç ay sonra, bugün merkezdeki tüm cihazların temel alındığı teknolojik çözümler geliştirmeye başladık.

Merkez, havadaki nem, sıcaklık ve partikül miktarının kontrol edildiği endüstriyel bir oda olan "temiz oda" üzerine kuruludur. Bu parametreler kritik öneme sahiptir çünkü insan saçı çapının binde biri olan yaklaşık 10 nanometre boyutunda çok küçük yapılarla çalışıyoruz.

Kuantum bilgisayarlardan biyolojik sensörlere kadar yeni nesil cihazlar için element tabanının geliştirilmesi üzerine araştırma yapıyorsunuz. Ne yapmayı başardın?

- Sonuçlarımızın dünya düzeyine ulaştığı ve hatta bazı yerlerde bunu aştığı üç kilit alanı seçeceğim. Merkez, kuantum hesaplama alanında Rusya'daki en büyük iki proje için önde gelen teknolojik yüklenicidir. Her biri kendi element tabanını geliştirir: nanofotonik prensiplerine dayanan fotonik çipler ve süper iletkenlere dayanan kübit devreleri.

Rusya'da kuantum hesaplama ile uğraşan tüm önde gelen laboratuvarlar bizim çiplerimizi kullanıyor. Bireysel parametrelerde, cihazlarımızın fonksiyonel unsurları, dünya seviyesini aşan sonuçlar göstermektedir.

İkinci alan biyoteknolojidir. Bir çip üzerinde sözde laboratuvarlar oluşturmak için çeşitli teknolojiler geliştirilmiştir. Gelecekte hayat kurtarmaya yardımcı olacak yön budur. Bir kişinin durumunu gerçek zamanlı olarak teşhis edebilen ve hatta tedavi edici bir etki gerçekleştirebilen taşınabilir cihazlar geliştiriyoruz.

Üçüncü en önemli alan, sensör sensörlerinin ve radyasyon kaynaklarının geliştirilmesidir. Son üç yılda, aynı anda birkaç dünya rekoru kırdık, özellikle önemli belirteçlere karşı rekor hassasiyeti olan biyolojik sensörler yarattık. Bu sensörlerden bazıları, içinde çözündükleri trilyon madde parçacığı başına üç taneye kadar madde parçacığını algılayabilir. Bugün dünyada böyle bir cihaz yok.

Amerikalı ortaklarımızla birlikte, üzerinde tek foton kaynaklarının oluşturulduğu yapılar üretiyoruz. Bunlar biyolojide, kuantum hesaplamada ve iletişimde kullanılan cihazlardır.

Merkezde öğrencilerle çalışma nasıl organize ediliyor? Belirli bir proje için en iyinin tamamını mı yoksa yalnızca en iyisini mi alıyorsunuz?

- En iyilerin en iyileri buraya gelir ve sadece üniversitemizden değil. Baumanka öğrencilerinin ve mezunlarının% 90'ından fazlası ve ayrıca Moskova Devlet Üniversitesi ve Phystech'ten adamlar merkezde çalışıyor. Tüm üniversitelerin öğrenci ve mezunlarına açığız. Bu arada, sık sık şöyle derim: "Arkadaşlar, burada öğrencimiz yok." Bunun tek bir anlamı var - buraya gelen herkes hemen pratik problemlerle çalışıyor. Baumanka'nın ünlü olduğu Rus öğretim yönteminin temeli, gerçek "savaş" görevlerini öğretmektir. Her öğrenci bizim çalışanımızdır.

Herkesin ekipman ve malzemelere erişimi var, kendi başlarına bir şeyler yapabilirler mi?

- "Temiz oda" içindeki bireysel ekipman parçaları 2-3 milyon Euro'ya mal oluyor, bu nedenle, elbette herkesin erişimi yok. Bu tür ekipman üzerinde bağımsız olarak çalışmadan önce, çok aşamalı bir eğitim sisteminden geçmelisiniz. İlk test, "temiz odalar" içinde davranış ve çalışma kuralları bilgisi üzerine bir sınavdır.

Daha sonra çocuklar, ya bir ekipman üreticisinden ya da bize dost olan laboratuvarlarda, yurtdışında çeşitli eğitim aşamalarından geçerler. Uzun süre çalışıyorlar - bireysel ekipman parçalarına erişmek için yaklaşık bir yıl çalışmanız gerekiyor.

Merkezinizde yapılan çiplerin, kuantum hesaplama ile uğraşan tüm önde gelen Rus laboratuvarlarında kullanıldığından bahsettiniz. Geliştirmeleriniz, gerçek bir fiziksel cihaz biçiminde bir kuantum bilgisayar yaratmaya nasıl yardımcı olacak?

- Kuantum bilgisayar inşa etmek son derece zor bir iştir. Entegre cihazların, işlemci yongalarının geliştirilmesi, küresel kuantum projesinin yalnızca bir parçasıdır. Ayrıca en karmaşık algoritmaları, özel yazılımların oluşturulmasını, deneysel kriyojenik kurulumları içerir.

Çeşitli üniversitelerden ve araştırma gruplarından büyük bir profesyonel ekip, şu anda belirlenen hedefleri çözmek için çalışıyor. Görevimiz, meslektaşlarımıza bir Rus kuantum bilgisayarının temeli olarak hizmet edecek yüksek kaliteli bir eleman tabanı sağlamaktır.

Sizce ilk gerçek işlevsel evrensel kuantum bilgisayarı ne zaman ve nerede ortaya çıkacak? Gelişimi neden önemlidir?

- Bir kuantum bilgisayarın nerede ve ne zaman oluşturulacağını tahmin etmek zordur. Dünyanın önde gelen laboratuvarlarından ve işletmelerinden uzmanlar, terimleri 5 ila 20 yıl olarak adlandırıyor. Merkezde genç çalışanlarımız var ama tahminlerimizde ayık davranıyoruz. 15-20 yıl bile çok yakın bir süre. Kuantum bir bilgisayarın sunacağı olanaklar sonsuzdur, insanlığın hayatını tamamen değiştirecektir. İlaçlardan, tıbbi ekipmanlardan başlayıp yeni enerji, yeni malzemelerle biten.

Şansımız, sonunda kanseri yenebilmemizdir. Çok sayıda uygulama alanı, bir kuantum işlemci yapmayı mümkün kılacak olan kuantum sistemlerinin ultra hızlı bilgi işlem ve simülasyonunu gerektirir. Bu, şüphesiz gerçek olacak olan insanlığın büyük bir başarısıdır. Ve umarım burada olur.

Biyosensörlerin yaratılmasından ve onlar için malzeme oluşturmak için teknolojinin geliştirilmesinden bahsettiniz. Konuşabileceğiniz, çalışan prototipler, umut verici gelişmeler var mı?

- Gururumuz, epitaksiyel malzemelerin (mükemmel kristal kafesli malzemeler. - RT) yaratılmasına yeni bir yaklaşımdır. Daha önceleri çok pahalı yöntemlerle yapılıyordu. Ekibimiz, Rusya Federasyonu'nda patentini aldığımız nispeten ucuz bir teknoloji geliştirmeyi başardı ve şimdi uluslararası bir patent veriyoruz.

Dünyanın dört bir yanındaki bilim adamlarının son 60 yıldır üzerinde başarısız bir şekilde çalıştığı epitaksiyel gümüşün nasıl oluşturulacağını öğrendik. Gümüş bazında bir dizi benzersiz plazmonik cihaz oluşturulmuştur: bir radyasyon kaynağı, kayıt hassasiyetine sahip bir sensör, kardiyovasküler hastalıkların belirlenmesi için biyolojik belirteç dedektörleri.

Aynı teknoloji, biyosensörlerde ve tek foton kaynaklarında kullanılan diğer metaller için de geçerlidir. Örneğin, epitaksiyel alüminyumdan süper iletken kübitler yapıyoruz. Çözümümüzün gerçekten evrensel olduğu ortaya çıktı.

Bize nanofotoniklerin rolü ve öneminden bahsedin. Rusya'nın neden bu yönü geliştirmesi gerekiyor?

- Elektronik son on yılda çok hızlı gelişiyor. Bu cihazlardaki taşıyıcılar elektronlardır. Ancak elektron doğası gereği sınırlıdır. Fotonik ise bize başka bir bilgi taşıyıcıyla - kontrol edilebilen bir fotonla - çalışma fırsatı verir.

Işık, sahip olduğumuz en hızlı şeydir. Daha mükemmel taşıyıcılar insanlık tarafından hala bilinmiyor. Bu nedenle, nanofotonikle ilgili her şeyin son derece umut verici olduğunu düşünüyoruz. Bunlar yeni tür bilgi işlem cihazları, yeni biyolojik cihazlar, bir dizi uygulamalı yön.

"Çip üzerindeki laboratuvardan" daha önce bahsettiniz. Nedir, nasıl uygulanabilir veya halihazırda uygulanıyor mu?

- “Çipte Laboratuvar” - biyomedikal analizler alanındaki çalışmanın temelini değiştirme girişimi. Örneğin bugün kan testi yaptırmak için laboratuvara gidip numune alıyoruz. Sonra bir süre - birkaç saat veya birkaç gün - sonucu bekliyoruz. Böylece, "çip üzerindeki laboratuvarda" numunelerle çalışma mikrometre seviyesine, mikro ölçeğe aktarılır. Bu, tüm süreçleri kökten hızlandırmanızı sağlar.

Durumumuzu gerçek zamanlı olarak değerlendirmek mümkün olacak. Ceplerimizde her şeyin yolunda olduğunu söyleyecek bir tür cihaz taşıyacağız. Veya, örneğin, kolesterol seviyesinin aşıldığı veya başka bir önemli gösterge.

Bir kişi yakın gelecekte hangi gadget'ları kullanacak? Mevcut "akıllı saatlerin" yerini ne alacak?

- Bir kuantum bilgisayar ve aktif olarak çalıştığımız “yerleşik” fotonik cihazlara sahip “çip üzerinde laboratuvar” tipi cihazların oluşturulduğunu hayal edersek, o zaman “akıllı saatlerimiz” bir hale getirilebilir. şu anda dünyadaki herhangi bir süper bilgisayardan daha büyük bir güce sahip çalışan veri merkezi. Ve bu sadece başlangıç.

Arabalar neden uçmaz? Çünkü motorları uzun süre çalışır durumda tutmamızı sağlayacak bir yakıt kaynağımız yok. Dikey bir kalkış jeti var ve böyle bir motor bir arabaya yerleştirilebilir. Ancak bu, tüm bir yakıt deposunu gerektirecektir.

Bir kuantum bilgisayar, önceden belirlenmiş özelliklere sahip maddeleri hesaplamayı ve yeni yakıt kaynakları yaratmayı mümkün kılacaktır. Bugün merkezde yaptığımız işlerin ortaya çıkmasıyla bir çok yeni teknoloji gelecek ve tüm bu fantastik Star Wars filmleri bir süre sonra gerçeğe yakın olacak.