Kvant kompüteri və biosensorları olan Rusiya elmi mərkəzinin məqsəd və vəzifələri

2024 Müəllif: Seth Attwood | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-16 15:57

Kvant kompüterlərinin yaranması bəşəriyyətə yeni yanacaq növləri yaratmağa və tibbdə sıçrayış etməyə imkan verəcək. Bu fikri Moskva Dövlət Texniki Universitetinin “Funksional Mikro/Nanosistemlər” Elmi Mərkəzinin direktoru bölüşür. N. E. Bauman İlya Rodionov. Onun sözlərinə görə, rəhbərlik etdiyi laboratoriyanın əsas vəzifələrindən biri kvant hesablamaları üçün cihazların hazırlanmasıdır. Alim RT-yə müsahibəsində real vaxt rejimində insan vəziyyətinin diaqnostikası üçün biosensorların hazırlanmasından da danışıb.

Mərkəziniz necə yaranıb, o nədir?

- Mərkəz çox yaxınlarda deyil, beş il bundan əvvəl yaradılmışdır. Onun yaradılması ideyası yeni fiziki prinsiplərə əsaslanan cihazların hazırlanmasına əsaslanır. Biz hələ dünyada olmayan və insanlara fayda verəcək texnologiyalar yaratmaq istəyirdik.

Mərkəzin yaradılmasına dünyanın 11 aparıcı şirkəti cəlb edilib ki, bu da lazımi infrastruktur və ən yaxşı avadanlıqla təmin etməyə imkan verib. Layihə sürətlə, cəmi bir il ərzində həyata keçirildi. Üç aydan sonra biz texnoloji həllər hazırlamağa başladıq, onların əsasında bu gün mərkəzdəki bütün qurğular yaradılır.

Mərkəz "təmiz otaq" - rütubətin, temperaturun və havadakı hissəciklərin miqdarının idarə olunduğu sənaye otağına əsaslanır. Bu parametrlər çox vacibdir, çünki biz insan saçının diametrinin mində biri olan çox kiçik, təxminən 10 nanometr ölçüdə strukturlarla işləyirik.

Siz yeni nəsil qurğular üçün element bazasının inkişafı üzrə tədqiqat aparırsınız: kvant kompüterlərindən bioloji sensorlara qədər. Nə edə bildiniz?

- Mən üç əsas istiqaməti qeyd edərdim ki, bizim nəticələrimiz dünya səviyyəsinə çatıb, hətta bəzi yerlərdə onu üstələyib. Mərkəz Rusiyada kvant hesablamaları sahəsində ən böyük iki layihənin aparıcı texnoloji podratçısıdır. Onların hər biri öz element bazasını inkişaf etdirir: nanofotonika prinsiplərinə əsaslanan fotonik çiplər və superkeçiricilərə əsaslanan qubit sxemləri.

Rusiyada kvant hesablamaları ilə məşğul olan bütün aparıcı laboratoriyalar bizim çiplərdən istifadə edir. Ayrı-ayrı parametrlərdə cihazlarımızın funksional elementləri dünya səviyyəsindən yüksək nəticələr nümayiş etdirir.

İkinci sahə biotexnologiyadır. Çip üzərində laboratoriyalar yaratmaq üçün bir neçə texnologiya hazırlanmışdır. Bu, gələcəkdə insanların həyatını xilas etməyə kömək edəcək istiqamətdir. Biz real vaxt rejimində bir insanın vəziyyətini diaqnoz edə bilən və hətta müalicəvi təsir göstərə bilən portativ cihazlar hazırlayırıq.

Üçüncü ən vacib sahə sensor sensorlar və radiasiya mənbələrinin inkişafıdır. Son üç il ərzində biz bir anda bir neçə dünya rekordu vurduq, xüsusilə vacib markerlərə rekord həssaslıqla bioloji sensorlar yaratdıq. Bu sensorlardan bəziləri həll olunduqları maddənin trilyon hissəciyinə üçə qədər maddə hissəciklərini aşkar edə bilir. Bu gün dünyada belə cihazlar yoxdur.

Amerikalı tərəfdaşlarımızla birlikdə biz tək foton mənbələrinin yaradıldığı strukturlar istehsal edirik. Bunlar biologiyada, kvant hesablamalarında və rabitədə istifadə olunan cihazlardır.

Mərkəzdə tələbələrlə iş necə təşkil olunub? Ən yaxşıların hamısını və ya yalnız ən yaxşısını və konkret bir layihə üçün alırsınız?

- Ən yaxşıların ən yaxşıları bura gəlir, nəinki bizim universitetdən. Mərkəzdə Baumanka tələbələrinin və məzunlarının 90% -dən çoxu, eləcə də Moskva Dövlət Universiteti və Phystech-dən olan uşaqlar çalışır. Bütün universitetlərin tələbələri və məzunları üçün açığıq. Yeri gəlmişkən, mən tez-tez deyirəm: “Uşaqlar, bizim burada tələbəmiz yoxdur”. Bu, yalnız bir şey deməkdir - bura gələn hər kəs dərhal praktik problemlərlə işləyir. Baumankanın məşhur olduğu rus tədris metodunun əsasını real, "döyüş" tapşırıqları üzərində öyrədir. Hər bir tələbə bizim işçimizdir.

Hər kəsin avadanlıq və materiallara çıxışı var, öz başına nəsə edə bilərmi?

- “Təmiz otaq”ın içərisindəki fərdi avadanlıqların qiyməti 2-3 milyon avroya başa gəlir. Ona görə də təbii ki, hər kəsin çıxışı yoxdur. Bu cür avadanlıq üzərində müstəqil işləməzdən əvvəl çox mərhələli təlim sistemindən keçməlisiniz. İlk sınaq “təmiz otaqlar” daxilində davranış və iş qaydalarına dair biliklərə dair imtahandır.

Sonra uşaqlar xaricdə təlimin bir neçə mərhələsindən keçirlər - ya avadanlıq istehsalçısından, ya da bizə dost olan laboratoriyalarda. Onlar uzun müddət oxuyurlar - ayrı-ayrı avadanlıqlara çıxış əldə etmək üçün təxminən bir il oxumaq lazımdır.

Qeyd etdiniz ki, mərkəzinizdə hazırlanmış çiplər Rusiyanın kvant hesablamaları ilə məşğul olan bütün aparıcı laboratoriyalarında istifadə olunur. Təklifləriniz real fiziki cihaz şəklində kvant kompüterinin yaradılmasına necə kömək edəcək?

- Kvant kompüterinin yaradılması son dərəcə çətin işdir. İnteqrasiya edilmiş cihazların, prosessor çiplərinin inkişafı qlobal kvant layihəsinin yalnız bir hissəsidir. Buraya həmçinin ən mürəkkəb alqoritmlər, xüsusi proqram təminatının yaradılması, eksperimental kriogen qurğular daxildir.

Müxtəlif universitetlərdən və tədqiqat qruplarından ibarət böyük peşəkar heyət hazırda qarşıya qoyulan məqsədlərin həlli üzərində işləyir. Bizim vəzifəmiz həmkarlarımızı rus kvant kompüteri üçün əsas kimi xidmət edəcək yüksək keyfiyyətli element bazası ilə təmin etməkdir.

Sizcə, ilk real funksional universal kvant kompüteri nə vaxt və harada peyda olacaq? Onun inkişafı niyə vacibdir?

- Kvant kompüterinin harada və nə vaxt yaradılacağını proqnozlaşdırmaq çətindir. Dünyanın aparıcı laboratoriya və müəssisələrinin mütəxəssisləri 5 ildən 20 ilə qədər müddətləri adlandırırlar. Mərkəzdə gənc işçilərimiz var, amma proqnozlarımızda ayıqıq. Hətta 15-20 il çox yaxın vaxtdır. Kvant kompüterinin verəcəyi imkanlar sonsuzdur, bəşəriyyətin həyatını tamamilə dəyişəcək. Dərmanlardan, tibbi avadanlıqlardan başlayaraq yeni enerji, yeni materiallarla sona çatır.

Çox güman ki, biz nəhayət xərçəngə qalib gələcəyik. Çoxlu sayda tətbiq sahələri ultra sürətli hesablama və kvant sistemlərinin simulyasiyasını tələb edir ki, bu da kvant prosessoru yaratmağa imkan verəcək. Bu, şübhəsiz ki, reallığa çevriləcək bəşəriyyətin böyük nailiyyətidir. Və ümid edirəm ki, bu, elə burada baş verəcək.

Siz biosensorların yaradılması və onlar üçün materialların yaradılması texnologiyasının inkişafı haqqında danışdınız. Haqqında danışa biləcəyiniz iş prototipləri, perspektivli inkişaflar varmı?

- Qürurumuz epitaksial materialların (mükəmməl kristal qəfəsli materiallar. - RT) yaradılmasına yeni yanaşmadır. Əvvəllər onlar çox bahalı üsullarla hazırlanırdı. Komandamız Rusiya Federasiyasında patentləşdirdiyimiz nisbətən ucuz texnologiya hazırlamağı bacardı və indi beynəlxalq patent veririk.

Biz epitaksial gümüşün necə yaradılacağını öyrəndik, bunun üzərində dünya alimləri son 60 ildə uğursuz işləyirlər. Gümüş əsasında bir sıra unikal plazmonik qurğular yaradılmışdır: radiasiya mənbəyi, rekord həssaslığa malik sensor, ürək-damar xəstəliklərinin təyini üçün bioloji markerlərin detektorları.

Eyni texnologiya biosensorlarda və tək foton mənbələrində istifadə olunan digər metallara da şamil edilir. Məsələn, epitaksial alüminium əsasında biz superkeçirici kubitlər edirik. Bizim həllimiz həqiqətən universal oldu.

Nanofotonikanın rolu və əhəmiyyətindən danışın. Rusiya bu istiqaməti nə üçün inkişaf etdirməlidir?

- Son onilliklərdə elektronika çox sürətlə inkişaf edir. Bu cihazların daşıyıcıları elektronlardır. Lakin elektron mahiyyətcə məhduddur. Fotonika isə bizə başqa informasiya daşıyıcısı - idarə oluna bilən fotonla işləmək imkanı verir.

İşıq bizdə ən sürətlidir. Daha mükəmməl daşıyıcılar hələ də bəşəriyyətə məlum deyil. Ona görə də biz nanofotonika ilə bağlı hər şeyi son dərəcə perspektivli hesab edirik. Bunlar hesablama cihazlarının yeni növləri, yeni bioloji qurğular, bütöv bir sıra tətbiq olunan istiqamətlərdir.

Artıq “çip üzərində laboratoriya”nı qeyd etdiniz. Bu nədir, necə tətbiq oluna bilər və ya artıq tətbiq olunur?

- "Çip üzərində laboratoriya" - biotibbi analizlər sahəsində işin əsasını dəyişdirmək cəhdi. Məsələn, bu gün qan analizi vermək üçün laboratoriyaya gedib nümunə götürürük. Sonra bir müddət - bir neçə saat və ya bir neçə gün - nəticəni gözləyirik. Belə ki, “çip üzərində laboratoriya”da nümunələrlə iş mikrometr səviyyəsinə, mikroşkala keçirilir. Bu, bütün prosesləri kökündən sürətləndirməyə imkan verir.

Vəziyyətimizi real vaxtda qiymətləndirmək mümkün olacaq. Cibimizdə hər şeyin yaxşı olduğunu deyəcək bir növ cihaz daşıyacağıq. Və ya, məsələn, xolesterol səviyyəsinin aşıldığı və ya başqa bir vacib göstərici.

Yaxın gələcəkdə insan hansı qadcetlərdən istifadə edəcək? Mövcud “ağıllı saatları” nə əvəz edəcək?

- Təsəvvür etsək ki, aktiv şəkildə işlədiyimiz “bortda” fotonik qurğulara malik kvant kompüteri və “çip üzərində laboratoriya” tipli cihazlar yaradılıb, onda bizim “ağıllı saatlar”ımızı bir çipə çevirmək olar. hal-hazırda yer üzündəki hər hansı superkompüterdən daha böyük gücə malik məlumat mərkəzi işləyir. Və bu yalnız başlanğıcdır.

Niyə maşınlar uçmur? Çünki bizim mühərrikləri uzun müddət işlək vəziyyətdə saxlamağa imkan verəcək yanacaq mənbəyimiz yoxdur. Şaquli uçuş reaktivi mövcuddur və belə bir mühərrik avtomobilə yerləşdirilə bilər. Ancaq bunun üçün bütöv bir yanacaq çəni tələb olunacaq.

Kvant kompüteri əvvəlcədən müəyyən edilmiş xassələri olan maddələri hesablamağa və yeni yanacaq mənbələri yaratmağa imkan verəcək. Bu gün mərkəzdə gördüyümüz işlərin ortaya çıxması ilə bir çox yeni texnologiyalar gələcək və bütün bu fantastik Ulduz Döyüşləri filmləri bir müddət sonra reallığa yaxın olacaq.