أهداف وغايات المركز العلمي الروسي المزود بحاسوب كمومي وأجهزة استشعار حيوية

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

سيسمح ظهور أجهزة الكمبيوتر الكمومية للبشرية بإنتاج أنواع جديدة من الوقود وتحقيق طفرة في الطب. يشارك هذا الرأي مدير المركز العلمي "الوظيفية الدقيقة / النظم النانوية" في جامعة موسكو التقنية الحكومية. م. بومان ايليا روديونوف. ووفقا له ، فإن إحدى المهام الرئيسية للمختبر الذي يرأسه هي تطوير أجهزة للحوسبة الكمومية. في مقابلة مع RT ، تحدث العالم أيضًا عن تطوير أجهزة الاستشعار الحيوية لتشخيص حالة الإنسان في الوقت الفعلي.

كيف تم إنشاء مركزك ، ما هو؟

- تم إنشاء المركز منذ وقت ليس ببعيد ، قبل خمس سنوات. تعتمد فكرة إنشائها على تطوير الأجهزة بناءً على مبادئ فيزيائية جديدة. أردنا إنشاء تقنيات غير موجودة في العالم بعد والتي ستفيد الناس.

شاركت 11 شركة عالمية رائدة في إنشاء المركز ، مما أتاح توفير البنية التحتية اللازمة وأفضل المعدات. تم تنفيذ المشروع بسرعة ، في عام واحد فقط. بعد ثلاثة أشهر ، بدأنا في تطوير الحلول التكنولوجية ، والتي على أساسها يتم إنشاء جميع الأجهزة في المركز اليوم.

يعتمد المركز على "غرفة نظيفة" - غرفة صناعية يتم فيها التحكم في الرطوبة ودرجة الحرارة وكمية الجزيئات في الهواء. هذه المعلمات مهمة للغاية لأننا نعمل مع هياكل صغيرة جدًا ، يبلغ حجمها حوالي 10 نانومتر ، وهي جزء من الألف من قطر شعرة الإنسان.

أنت تجري بحثًا حول تطوير قاعدة العناصر لأجهزة الجيل الجديد: من أجهزة الكمبيوتر الكمومية إلى أجهزة الاستشعار البيولوجية. ماذا تمكنت من القيام به؟

- أود أن أخص بالذكر ثلاثة مجالات رئيسية وصلت فيها نتائجنا إلى المستوى العالمي بل وتجاوزتها في بعض الأماكن. المركز هو المقاول التكنولوجي الرائد لاثنين من أكبر المشاريع في روسيا في مجال الحوسبة الكمومية. كل واحد منهم يطور قاعدة العناصر الخاصة به: رقائق فوتونية تعتمد على مبادئ الفوتونات النانوية ودارات كيوبت القائمة على الموصلات الفائقة.

تستخدم جميع المعامل الرائدة في روسيا التي تتعامل مع الحوسبة الكمومية رقائقنا. في المعلمات الفردية ، تُظهر العناصر الوظيفية لأجهزتنا نتائج تتجاوز المستوى العالمي.

المجال الثاني هو التكنولوجيا الحيوية. تم تطوير العديد من التقنيات لإنشاء ما يسمى بالمختبرات على الرقاقة. هذا هو الاتجاه الذي سيساعد في إنقاذ الأرواح في المستقبل. نحن نعمل على تطوير أجهزة محمولة يمكنها تشخيص حالة الشخص في الوقت الفعلي وحتى تحقيق تأثير علاجي.

المجال الثالث الأكثر أهمية هو تطوير مجسات الاستشعار ومصادر الإشعاع. على مدى السنوات الثلاث الماضية ، قمنا بتسجيل العديد من الأرقام القياسية العالمية في وقت واحد ، وأنشأنا مستشعرات بيولوجية ذات حساسية قياسية للعلامات المهمة بشكل خاص. يمكن لبعض هذه المستشعرات اكتشاف ما يصل إلى ثلاثة جسيمات من المادة لكل تريليون جسيم من المادة التي تتحلل فيها. لا توجد مثل هذه الأجهزة في العالم اليوم.

جنبًا إلى جنب مع شركائنا الأمريكيين ، نقوم بتصنيع الهياكل التي يتم إنشاء مصادر أحادية الفوتون عليها. هذه هي الأجهزة التي تُستخدم في علم الأحياء والحوسبة الكمومية والاتصالات.

كيف يتم تنظيم العمل مع الطلاب في المركز؟ هل تحصل على الأفضل أم تحصل فقط على الأفضل ولمشروع معين؟

- أفضل الأفضل يأتون إلى هنا ، وليس فقط من جامعتنا. يعمل في المركز أكثر من 90٪ من طلاب وخريجي Baumanka ، وكذلك شباب من جامعة موسكو الحكومية و Phystech. نحن منفتحون على الطلاب والخريجين من جميع الجامعات. بالمناسبة ، كثيرًا ما أقول: "يا رفاق ، ليس لدينا طلاب هنا." هذا يعني شيئًا واحدًا فقط - كل من يصل إلى هنا يعمل على الفور بمشاكل عملية. أساس طريقة التدريس الروسية ، التي اشتهرت بها بومانكا ، هو التدريس في مهام "قتالية" حقيقية. كل طالب هو موظفنا.

كل شخص لديه إمكانية الوصول إلى المعدات والمواد ، هل يمكنهم فعل شيء خاص بهم؟

- المعدات الفردية داخل "الغرفة النظيفة" تكلف 2-3 مليون يورو ، لذلك ، بالطبع ، لا يستطيع الجميع الوصول إليها. قبل أن تتمكن من العمل بشكل مستقل على هذه المعدات ، يجب أن تخضع لنظام تدريب متعدد المراحل. الاختبار الأول اختبار لمعرفة قواعد السلوك والعمل داخل "الغرف النظيفة".

ثم يمر الرجال بعدة مراحل من التدريب في الخارج - إما من مصنع معدات أو في مختبرات صديقة لنا. يدرسون لفترة طويلة - للوصول إلى قطع فردية من المعدات ، تحتاج إلى الدراسة لمدة عام تقريبًا.

لقد ذكرت أن الرقائق المصنوعة في مركزك تستخدم في جميع المعامل الروسية الرائدة العاملة في مجال الحوسبة الكمومية. كيف ستساعد تطوراتك في إنشاء كمبيوتر كمي في شكل جهاز مادي حقيقي؟

- يعد بناء جهاز كمبيوتر كمي مهمة صعبة للغاية. تطوير الأجهزة المتكاملة ، رقائق المعالجات ليست سوى جزء من مشروع الكم العالمي. ويشمل أيضًا الخوارزميات الأكثر تعقيدًا ، وإنشاء برامج خاصة ، وتركيبات تجريبية للتبريد.

يعمل حاليًا فريق كبير من المتخصصين من مختلف الجامعات والمجموعات البحثية على حل الأهداف المحددة. مهمتنا هي تزويد زملائنا بقاعدة عناصر عالية الجودة ، والتي ستكون بمثابة أساس لجهاز كمبيوتر كمومي روسي.

متى وأين تعتقد أن أول كمبيوتر كمي عالمي وظيفي حقيقي سيظهر؟ لماذا تطويرها مهم؟

- من الصعب التنبؤ بأين ومتى سيتم إنشاء جهاز كمبيوتر كمي. خبراء من المختبرات والمؤسسات الرائدة في العالم يسمون الشروط من 5 إلى 20 عامًا. لدينا موظفين شباب في المركز ، لكننا واعين في توقعاتنا. حتى 15-20 سنة هو وقت قريب جدًا. الاحتمالات التي سيقدمها الكمبيوتر الكمومي لا حصر لها ، وستغير تمامًا حياة البشرية. بدءاً من الأدوية والمعدات الطبية وانتهاءً بالطاقة الجديدة والمواد الجديدة.

هناك احتمالات بأننا سنتمكن أخيرًا من هزيمة السرطان. يتطلب عدد كبير من مجالات التطبيق حوسبة فائقة السرعة ومحاكاة للأنظمة الكمية ، مما يجعل من الممكن صنع معالج كمي. هذا إنجاز عظيم للإنسانية سيصبح بلا شك حقيقة واقعة. وآمل أن يحدث هذا هنا.

لقد تحدثت عن إنشاء أجهزة الاستشعار الحيوية وتطوير التكنولوجيا لإنشاء مواد لها. هل هناك نماذج عمل وتطورات واعدة يمكنك التحدث عنها؟

- فخرنا هو نهج جديد لإنشاء مواد فوقية (مواد ذات شبكة بلورية مثالية. - RT). في السابق ، كانوا يصنعون باستخدام طرق باهظة الثمن. تمكن فريقنا من تطوير تقنية رخيصة نسبيًا ، حصلنا عليها على براءة اختراع في الاتحاد الروسي ، ونحن الآن نصدر براءة اختراع دولية.

لقد تعلمنا كيفية صنع الفضة الفوقية ، والتي عمل عليها العلماء في جميع أنحاء العالم دون جدوى على مدار الستين عامًا الماضية. تم إنشاء عدد من أجهزة plasmonic الفريدة على أساس الفضة: مصدر إشعاع ، جهاز استشعار بحساسية قياسية ، كاشفات للعلامات البيولوجية لتحديد أمراض القلب والأوعية الدموية.

نفس التكنولوجيا قابلة للتطبيق على المعادن الأخرى المستخدمة في الحساسات الحيوية وفي مصادر الفوتون الواحد. على سبيل المثال ، استنادًا إلى الألومنيوم فوق المحور ، نصنع كيوبتات فائقة التوصيل. اتضح أن حلنا عالمي حقًا.

أخبرنا عن دور وأهمية الفوتونات النانوية. لماذا تحتاج روسيا إلى تطوير هذا الاتجاه؟

- تطورت الإلكترونيات بسرعة كبيرة خلال العقود الماضية. الناقلات في هذه الأجهزة هي الإلكترونات. لكن الإلكترون محدود بطبيعته. من ناحية أخرى ، تمنحنا الضوئيات فرصة للعمل مع ناقل معلومات آخر - فوتون يمكن التحكم فيه.

الضوء هو الأسرع لدينا. لا تزال شركات النقل الأكثر مثالية غير معروفة للبشرية. لذلك ، فإننا نعتبر كل ما يتعلق بالنانو فوتونات واعدًا للغاية. هذه أنواع جديدة من أجهزة الحوسبة ، أجهزة بيولوجية جديدة ، مجموعة كاملة من الاتجاهات التطبيقية.

لقد ذكرت بالفعل "المختبر على رقاقة". ما هو وكيف يمكن تطبيقه أم يتم تطبيقه بالفعل؟

- "مختبر على رقاقة" - محاولة لتغيير أساس العمل في مجال التحليلات الطبية الحيوية. على سبيل المثال ، من أجل إجراء فحص دم اليوم ، نذهب إلى المختبر ونأخذ عينة. ثم لبعض الوقت - عدة ساعات أو عدة أيام - ننتظر النتيجة. لذلك ، في "المختبر على رقاقة" يتم نقل العمل مع العينات إلى مستوى الميكرومتر ، إلى النطاق المجهري. هذا يسمح لك بتسريع جميع العمليات بشكل جذري.

سيكون من الممكن تقييم حالتنا في الوقت الحقيقي. سنحمل في جيوبنا نوعًا من الأجهزة التي ستقول إن كل شيء على ما يرام. أو ، على سبيل المثال ، أن مستوى الكولسترول تم تجاوزه أو مؤشر مهم آخر.

ما الأدوات التي سيستخدمها الشخص في المستقبل القريب؟ ما الذي سيحل محل "الساعات الذكية" الحالية؟

- إذا تخيلنا أنه تم إنشاء كمبيوتر كمي وأجهزة من نوع "المختبر على شريحة" ، والتي تحتوي على أجهزة ضوئية "على متنها" ، والتي نعمل بها بنشاط ، فيمكن تحويل "ساعاتنا الذكية" إلى مركز بيانات يعمل بقوة أكبر من أي كمبيوتر عملاق على الأرض الآن. وهذه ليست سوى البداية.

لماذا لا تطير السيارات؟ لأننا لا نملك مصدر وقود يسمح لنا بالحفاظ على عمل المحركات لفترة طويلة. توجد طائرة نفاثة عمودية ، ويمكن وضع مثل هذا المحرك في السيارة. ومع ذلك ، سيتطلب ذلك خزان وقود كامل.

سيجعل الكمبيوتر الكمي من الممكن حساب المواد ذات الخصائص المحددة مسبقًا وإنشاء مصادر جديدة للوقود. مع ظهور الأشياء التي نقوم بها في المركز اليوم ، ستأتي الكثير من التقنيات الجديدة ، وستكون كل أفلام حرب النجوم الرائعة هذه قريبة من الواقع بعد فترة.