Objectius i objectius del centre científic rus amb un ordinador quàntic i biosensors

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

L'arribada dels ordinadors quàntics permetrà a la humanitat crear nous tipus de combustible i fer un gran avenç en la medicina. Aquesta opinió és compartida pel director del Centre Científic "Micro / Nanosistemes Funcionals" de la Universitat Tècnica Estatal de Moscou. N. E. Bauman Ilya Rodionov. Segons ell, una de les principals tasques del laboratori que dirigeix és el desenvolupament de dispositius per a la computació quàntica. En una entrevista a RT, el científic també va parlar del desenvolupament de biosensors per diagnosticar una condició humana en temps real.

Com es va crear el teu centre, què és?

- El centre es va crear no fa gaire, fa cinc anys. La idea de la seva creació es basa en el desenvolupament de dispositius basats en nous principis físics. Volíem crear tecnologies que encara no existeixen al món i que beneficiaran les persones.

En la creació del centre s'han implicat 11 empreses líders mundials, la qual cosa ha permès dotar de la infraestructura necessària i el millor equipament. El projecte es va implementar ràpidament, en només un any. Tres mesos més tard, vam començar a desenvolupar solucions tecnològiques, a partir de les quals s'estan creant avui tots els dispositius del centre.

El centre es basa en una "sala neta": una sala industrial en la qual es controlen la humitat, la temperatura i la quantitat de partícules a l'aire. Aquests paràmetres són de gran importància perquè estem treballant amb estructures molt petites, d'uns 10 nanòmetres de mida, que són mil·lèsimes del diàmetre d'un cabell humà.

Esteu realitzant investigacions sobre el desenvolupament de la base d'elements per a dispositius de nova generació: des d'ordinadors quàntics fins a sensors biològics. Què vas aconseguir fer?

- Destacaria tres àmbits clau en què els nostres resultats han arribat a nivell mundial i en alguns llocs fins i tot l'han superat. El centre és el principal contractista tecnològic de dos dels projectes més grans de Rússia en el camp de la informàtica quàntica. Cadascun d'ells desenvolupa la seva pròpia base d'elements: xips fotònics basats en els principis de la nanofotònica i circuits qubit basats en superconductors.

Tots els laboratoris líders de Rússia que s'ocupen de la informàtica quàntica utilitzen els nostres xips. En paràmetres individuals, els elements funcionals dels nostres dispositius demostren resultats que superen el nivell mundial.

La segona àrea és la biotecnologia. S'han desenvolupat diverses tecnologies per crear els anomenats laboratoris en un xip. Aquesta és la direcció que ajudarà a salvar vides en el futur. Estem desenvolupant dispositius portàtils que poden diagnosticar l'estat d'una persona en temps real i fins i tot tenir un efecte terapèutic.

La tercera àrea més important és el desenvolupament de sensors sensors i fonts de radiació. Durant els últims tres anys, hem establert diversos rècords mundials alhora, hem creat sensors biològics amb una sensibilitat rècord a marcadors especialment importants. Alguns d'aquests sensors poden detectar fins a tres partícules de matèria per cada bilió de partícules de matèria en què estan dissolts. Avui dia no hi ha aquests dispositius al món.

Juntament amb els nostres socis nord-americans, fabriquem estructures sobre les quals es creen fonts d'un sol fotó. Aquests són dispositius que s'utilitzen en biologia, informàtica quàntica i comunicacions.

Com s'organitza el treball amb els alumnes al centre? Rebreu tot o només el millor del millor i per a un projecte concret?

- El millor dels millors arriba aquí, i no només de la nostra universitat. Més del 90% dels estudiants i graduats de Baumanka, així com nois de la Universitat Estatal de Moscou i Phystech, treballen al centre. Estem oberts a estudiants i graduats de totes les universitats. Per cert, sovint dic: "Nois, aquí no tenim estudiants". Això només significa una cosa: tots els que arriben aquí de seguida treballen amb problemes pràctics. La base del mètode d'ensenyament rus, pel qual Baumanka és famós, és ensenyar en tasques reals de "combat". Cada alumne és el nostre empleat.

Tothom té accés a equips i materials, pot fer alguna cosa pròpia?

- Els equips individuals dins de la "sala neta" costen entre 2 i 3 milions d'euros, per tant, és clar, no tothom hi té accés. Abans de poder treballar de manera independent en aquests equips, heu de passar per un sistema d'entrenament en diverses etapes. La primera prova és un examen sobre el coneixement de les normes de comportament i treball dins de les "sales netes".

A continuació, els nois passen per diverses etapes de formació a l'estranger, ja sigui d'un fabricant d'equips o en laboratoris que ens són amigables. Estudien durant molt de temps: per accedir a equips individuals, cal estudiar durant aproximadament un any.

Has esmentat que els xips fets al teu centre s'utilitzen en tots els principals laboratoris russos dedicats a la computació quàntica. Com ajudaran els vostres desenvolupaments a crear un ordinador quàntic en forma de dispositiu físic real?

- Construir un ordinador quàntic és una tasca extremadament difícil. El desenvolupament de dispositius integrats, xips de processador és només una part del projecte quàntic global. També inclou els algorismes més complexos, la creació de programari especial, instal·lacions criogèniques experimentals.

Actualment, un ampli equip de professionals de diverses universitats i grups de recerca treballa per resoldre els objectius marcats. La nostra tasca és proporcionar als nostres col·legues una base d'elements d'alta qualitat, que servirà de base per a un ordinador quàntic rus.

Quan i on creus que apareixerà el primer ordinador quàntic universal funcional real? Per què és important el seu desenvolupament?

- És difícil predir on i quan es crearà un ordinador quàntic. Els experts dels laboratoris i empreses líders del món anomenen els terminis de 5 a 20 anys. Tenim treballadors joves al centre, però som sobris en les nostres previsions. Fins i tot 15-20 anys és un temps molt proper. Les possibilitats que donarà un ordinador quàntic són infinites, canviaran completament la vida de la humanitat. Començant per fàrmacs, equips mèdics i acabant amb noves energies, nous materials.

És probable que finalment puguem vèncer el càncer. Un gran nombre d'àrees d'aplicació requereixen informàtica ultraràpida i simulació de sistemes quàntics, que permetran fer un processador quàntic. Aquest és un gran assoliment de la humanitat, que sens dubte es convertirà en una realitat. I espero que passi aquí mateix.

Vas parlar de la creació de biosensors i del desenvolupament de tecnologia per crear materials per a ells. Hi ha prototips en funcionament, desenvolupaments prometedors dels quals es pugui parlar?

- El nostre orgull és un nou enfocament per a la creació de materials epitaxials (materials amb una xarxa cristal·lina perfecta. - RT). Anteriorment, es feien amb mètodes molt cars. El nostre equip va aconseguir desenvolupar una tecnologia relativament barata, que vam patentar a la Federació Russa, i ara estem emetent una patent internacional.

Vam aprendre a crear plata epitaxial, en la qual científics de tot el món han estat treballant sense èxit durant els últims 60 anys. A partir de la plata s'han creat diversos dispositius plasmònics únics: una font de radiació, un sensor amb una sensibilitat de registre, detectors de marcadors biològics per a la determinació de malalties cardiovasculars.

La mateixa tecnologia és aplicable a altres metalls utilitzats en biosensors i en fonts d'un sol fotó. Per exemple, a partir d'alumini epitaxial, fem qubits superconductors. La nostra solució va resultar ser realment universal.

Parli'ns del paper i la importància de la nanofotònica. Per què Rússia necessita desenvolupar aquesta direcció?

- L'electrònica s'ha desenvolupat molt ràpidament durant les últimes dècades. Els portadors d'aquests dispositius són electrons. Però l'electró és inherentment limitat. La fotònica, en canvi, ens dóna l'oportunitat de treballar amb un altre portador d'informació: un fotó que es pot controlar.

La llum és la més ràpida que tenim. Els transportistes més perfectes encara són desconeguts per la humanitat. Per tant, considerem que tot allò relacionat amb la nanofotònica és molt prometedor. Es tracta de nous tipus de dispositius informàtics, nous dispositius biològics, tot un ventall d'adreces aplicades.

Ja heu esmentat el "laboratori en xip". Què és, com es pot aplicar o ja s'està aplicant?

- "Laboratory on a Chip" - un intent de canviar la base del treball en el camp de les anàlisis biomèdiques. Per exemple, avui per fer-nos una anàlisi de sang, anem al laboratori i prenem una mostra. Després, durant un temps, unes quantes hores o diversos dies, esperem el resultat. Així, al "laboratori en un xip" el treball amb mostres es transfereix al nivell del micròmetre, a la microescala. Això us permet accelerar radicalment tots els processos.

Serà possible avaluar el nostre estat en temps real. Portarem a les butxaques algun tipus d'aparell que dirà que tot està bé. O, per exemple, que es superi el nivell de colesterol o un altre indicador important.

Quins aparells utilitzarà una persona en un futur proper? Què substituirà els "rellotges intel·ligents" existents?

- Si imaginem que s'ha creat un ordinador quàntic i dispositius del tipus “laboratori en xip”, que tenen dispositius fotòniques “a bord”, amb els quals estem treballant activament, els nostres “rellotges intel·ligents” es poden convertir en un centre de dades en funcionament amb una potència més gran que qualsevol superordinador de la terra ara. I això és només el començament.

Per què els cotxes no volen? Perquè no disposem d'una font de combustible que ens permeti mantenir els motors en marxa durant molt de temps. Existeix un jet d'enlairament vertical i aquest motor es podria posar en un cotxe. Tanmateix, això requerirà un dipòsit sencer de combustible.

Un ordinador quàntic permetrà calcular substàncies amb propietats predeterminades i crear noves fonts de combustible. Amb l'arribada de les coses que estem fent avui al centre, arribaran moltes noves tecnologies i totes aquestes fantàstiques pel·lícules de Star Wars estaran a prop de la realitat al cap d'un temps.