Tujuan dan sasaran pusat ilmiah Rusia dengan komputer kuantum dan biosensor

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Munculnya komputer kuantum akan memungkinkan umat manusia untuk menciptakan jenis bahan bakar baru dan membuat terobosan dalam kedokteran. Pendapat ini dibagikan oleh direktur Pusat Ilmiah "Fungsional Mikro / Nanosistem" di Universitas Teknik Negeri Moskow. N. E. Bauman Ilya Rodionov. Menurutnya, salah satu tugas utama laboratorium yang dipimpinnya adalah pengembangan perangkat untuk komputasi kuantum. Dalam sebuah wawancara dengan RT, ilmuwan tersebut juga berbicara tentang pengembangan biosensor untuk mendiagnosis kondisi manusia secara real time.

Bagaimana pusat Anda dibuat, apa itu?

- Pusat itu dibuat belum lama ini, lima tahun yang lalu. Ide pembuatannya didasarkan pada pengembangan perangkat berdasarkan prinsip fisik baru. Kami ingin menciptakan teknologi yang belum ada di dunia dan akan bermanfaat bagi orang-orang.

11 perusahaan dunia terkemuka terlibat dalam pembuatan pusat, yang memungkinkan untuk menyediakan infrastruktur yang diperlukan dan peralatan terbaik. Proyek ini dilaksanakan dengan cepat, hanya dalam waktu satu tahun. Tiga bulan kemudian, kami mulai mengembangkan solusi teknologi, yang menjadi dasar pembuatan semua perangkat di pusat hari ini.

Pusat ini didasarkan pada "ruang bersih" - ruang industri di mana kelembaban, suhu, dan jumlah partikel di udara dikendalikan. Parameter ini sangat penting karena kami bekerja dengan struktur yang sangat kecil, berukuran sekitar 10 nanometer, yang merupakan seperseribu diameter rambut manusia.

Anda sedang melakukan penelitian tentang pengembangan basis elemen untuk perangkat generasi baru: dari komputer kuantum hingga sensor biologis. Apa yang berhasil Anda lakukan?

- Saya akan memilih tiga bidang utama di mana hasil kami telah mencapai tingkat dunia dan di beberapa tempat bahkan melebihi itu. Pusat ini adalah kontraktor teknologi terkemuka untuk dua proyek terbesar di Rusia di bidang komputasi kuantum. Masing-masing dari mereka mengembangkan basis elemennya sendiri: chip fotonik berdasarkan prinsip nanofotonik dan sirkuit qubit berdasarkan superkonduktor.

Semua laboratorium terkemuka di Rusia yang menangani komputasi kuantum menggunakan chip kami. Dalam parameter individual, elemen fungsional perangkat kami menunjukkan hasil yang melebihi level dunia.

Bidang kedua adalah bioteknologi. Beberapa teknologi telah dikembangkan untuk menciptakan apa yang disebut laboratorium pada sebuah chip. Ini adalah arah yang akan membantu menyelamatkan nyawa di masa depan. Kami sedang mengembangkan perangkat portabel yang dapat mendiagnosis kondisi seseorang secara real time dan bahkan memberikan efek terapeutik.

Area terpenting ketiga adalah pengembangan sensor sensor dan sumber radiasi. Selama tiga tahun terakhir, kami telah membuat beberapa rekor dunia sekaligus, menciptakan sensor biologis dengan sensitivitas rekor terhadap penanda yang sangat penting. Beberapa dari sensor ini dapat mendeteksi hingga tiga partikel materi per triliun partikel materi di mana mereka dilarutkan. Tidak ada perangkat seperti itu di dunia saat ini.

Bersama dengan mitra Amerika kami, kami memproduksi struktur di mana sumber foton tunggal dibuat. Ini adalah perangkat yang digunakan dalam biologi, komputasi kuantum, dan komunikasi.

Bagaimana pekerjaan dengan siswa diatur di pusat? Apakah Anda mendapatkan semua atau hanya yang terbaik dari yang terbaik dan untuk proyek tertentu?

- Yang terbaik dari yang terbaik datang ke sini, dan tidak hanya dari universitas kami. Lebih dari 90% siswa dan lulusan Baumanka, serta orang-orang dari Universitas Negeri Moskow dan Phystech, bekerja di pusat tersebut. Kami terbuka untuk mahasiswa dan lulusan dari semua universitas. Omong-omong, saya sering berkata: "Teman-teman, kami tidak memiliki siswa di sini." Ini berarti hanya satu hal - setiap orang yang tiba di sini segera bekerja dengan masalah praktis. Dasar dari metode pengajaran Rusia, yang terkenal dengan Baumanka, adalah mengajar tugas-tugas "pertempuran" yang nyata. Setiap siswa adalah karyawan kami.

Setiap orang memiliki akses ke peralatan dan bahan, dapatkah mereka melakukan sesuatu sendiri?

- Peralatan individu di dalam "ruang bersih" berharga € 2-3 juta Oleh karena itu, tentu saja, tidak semua orang memiliki akses. Sebelum Anda dapat mengerjakan peralatan tersebut secara mandiri, Anda harus melalui sistem pelatihan multi-tahap. Tes pertama adalah ujian tentang pengetahuan tentang aturan perilaku dan pekerjaan di dalam "ruang bersih".

Kemudian mereka melalui beberapa tahap pelatihan di luar negeri - baik dari produsen peralatan atau di laboratorium yang bersahabat dengan kami. Mereka belajar untuk waktu yang lama - untuk mendapatkan akses ke masing-masing peralatan, Anda perlu belajar selama sekitar satu tahun.

Anda menyebutkan bahwa chip yang dibuat di pusat Anda digunakan di semua laboratorium Rusia terkemuka yang terlibat dalam komputasi kuantum. Bagaimana perkembangan Anda akan membantu dalam menciptakan komputer kuantum dalam bentuk perangkat fisik nyata?

- Membangun komputer kuantum adalah tugas yang sangat sulit. Pengembangan perangkat terintegrasi, chip prosesor hanya bagian dari proyek kuantum global. Ini juga mencakup algoritma yang paling kompleks, pembuatan perangkat lunak khusus, instalasi kriogenik eksperimental.

Sebuah tim besar profesional dari berbagai universitas dan kelompok penelitian saat ini bekerja untuk memecahkan tujuan yang ditetapkan. Tugas kami adalah memberi rekan-rekan kami basis elemen berkualitas tinggi, yang akan berfungsi sebagai dasar untuk komputer kuantum Rusia.

Kapan dan di mana menurut Anda komputer kuantum universal fungsional nyata pertama akan muncul? Mengapa perkembangannya penting?

- Sulit untuk memprediksi di mana dan kapan komputer kuantum akan dibuat. Para ahli dari laboratorium dan perusahaan terkemuka dunia menyebut istilah itu dari 5 hingga 20 tahun. Kami memiliki karyawan muda di tengah, tetapi kami sadar dengan perkiraan kami. Bahkan 15-20 tahun adalah waktu yang sangat dekat. Kemungkinan yang diberikan komputer kuantum tidak terbatas, mereka akan sepenuhnya mengubah kehidupan umat manusia. Mulai dari obat-obatan, alat kesehatan dan diakhiri dengan energi baru, material baru.

Kemungkinan akhirnya kita bisa mengalahkan kanker. Sejumlah besar area aplikasi memerlukan komputasi ultra-cepat dan simulasi sistem kuantum, yang memungkinkan pembuatan prosesor kuantum. Ini adalah pencapaian besar umat manusia, yang tidak diragukan lagi akan menjadi kenyataan. Dan saya berharap itu terjadi di sini.

Anda berbicara tentang pembuatan biosensor dan pengembangan teknologi untuk membuat bahan untuknya. Apakah ada prototipe yang berfungsi, perkembangan yang menjanjikan yang dapat Anda bicarakan?

- Kebanggaan kami adalah pendekatan baru untuk pembuatan bahan epitaxial (bahan dengan kisi kristal yang sempurna. - RT). Sebelumnya, mereka dibuat menggunakan metode yang sangat mahal. Tim kami berhasil mengembangkan teknologi yang relatif murah, yang kami patenkan di Federasi Rusia, dan sekarang kami mengeluarkan paten internasional.

Kami belajar cara membuat perak epitaxial, yang telah dilakukan oleh para ilmuwan di seluruh dunia tanpa hasil selama 60 tahun terakhir. Sejumlah perangkat plasmonik unik telah dibuat berdasarkan perak: sumber radiasi, sensor dengan sensitivitas rekaman, detektor penanda biologis untuk penentuan penyakit kardiovaskular.

Teknologi yang sama berlaku untuk logam lain yang digunakan dalam biosensorik dan sumber foton tunggal. Misalnya, berdasarkan aluminium epitaxial, kami membuat qubit superkonduktor. Solusi kami ternyata benar-benar universal.

Ceritakan tentang peran dan pentingnya nanofotonik. Mengapa Rusia perlu mengembangkan arah ini?

- Elektronik telah berkembang sangat pesat selama beberapa dekade terakhir. Pembawa dalam perangkat ini adalah elektron. Tetapi elektron secara inheren terbatas. Photonics, di sisi lain, memberi kita kesempatan untuk bekerja dengan pembawa informasi lain - foton yang dapat dikontrol.

Cahaya adalah yang tercepat yang kita miliki. Pembawa yang lebih sempurna masih belum diketahui umat manusia. Oleh karena itu, kami menganggap segala sesuatu yang berkaitan dengan nanofotonik sangat menjanjikan. Ini adalah jenis perangkat komputasi baru, perangkat biologis baru, berbagai arah yang diterapkan.

Anda telah menyebutkan "laboratorium pada sebuah chip". Apa itu, bagaimana itu bisa diterapkan atau sudah diterapkan?

- "Laboratorium di Chip" - upaya untuk mengubah dasar pekerjaan di bidang analisis biomedis. Misalnya, untuk tes darah hari ini, kami pergi ke laboratorium dan mengambil sampel. Kemudian untuk beberapa waktu - beberapa jam atau beberapa hari - kami menunggu hasilnya. Jadi, di "laboratorium pada chip" pekerjaan dengan sampel ditransfer ke tingkat mikrometer, ke skala mikro. Ini memungkinkan Anda untuk mempercepat semua proses secara radikal.

Ini akan memungkinkan untuk menilai kondisi kita secara real time. Kami akan membawa di saku kami beberapa jenis perangkat yang akan mengatakan bahwa semuanya baik-baik saja. Atau misalnya kadar kolesterol yang terlampaui atau indikator penting lainnya.

Gadget apa yang akan digunakan seseorang dalam waktu dekat? Apa yang akan menggantikan "jam tangan pintar" yang ada?

- Jika kita membayangkan bahwa komputer kuantum dan perangkat jenis "laboratorium pada chip" telah dibuat, yang memiliki perangkat fotonik "on board", yang dengannya kita bekerja secara aktif, maka "jam tangan pintar" kita dapat diubah menjadi pusat data yang bekerja dengan kekuatan yang lebih besar dari superkomputer mana pun di bumi sekarang. Dan ini baru permulaan.

Mengapa mobil tidak bisa terbang? Karena kita tidak memiliki sumber bahan bakar yang memungkinkan kita untuk menjaga mesin tetap berjalan untuk waktu yang lama. Sebuah jet lepas landas vertikal ada, dan mesin seperti itu dapat dimasukkan ke dalam mobil. Namun, ini akan membutuhkan seluruh tangki bahan bakar.

Komputer kuantum akan memungkinkan untuk menghitung zat dengan sifat yang telah ditentukan dan membuat sumber bahan bakar baru. Dengan munculnya hal-hal yang kita lakukan di pusat hari ini, banyak teknologi baru akan datang, dan semua film Star Wars yang fantastis ini akan mendekati kenyataan setelah beberapa saat.