Квантовые перспективы: настоящее и будущее технологий в России и мире
Дата публикации: 09.09.2016
На конференцию «МЕТАНАНО-2016», которая проходит в Анапе с 5 по 9 сентября, приехали ученые, которые проводят исследования в самых перспективных научных отраслях. Квантовые коммуникации и все, что с ними связано, – самый последний тренд, который уже находит технологическое применение и финансируется из крупнейших источников. Например, Еврокомиссия планирует выделить на квантовые технологии миллиард евро. Приглашенный ученый «МЕТАНАНО» Алексей Рубцов возглавляет исследовательскую группу в Российском квантовом центре, одновременно занимает позицию профессора в МГУ и главного научного сотрудника во ВНИИА. Он рассказал для нашего портала о своей научной работе, развитии квантовых технологий в России и практическом применении квантовых технологий.
Исследования
Я теоретик. Занимаюсь исследованием, широко говоря, квантовых многочастичных систем и явлений. Что такое «квантовый» объяснять, как ни странно, особо не нужно в отличие от понятия «многочастичные системы», которое не подразумевает исключительно множество частиц. Важнее – взаимодействие между ними, которое порождает различные коллективные эффекты в таких системах, и описывать их очень сложно.
Применение квантовых технологий
Мои исследования долгие годы связаны с квантовым моделированием материалов, предсказыванием их свойств. Такие исследования необходимы при разработке лекарств, новых технологий энергонакопления и энергосбережения, при катализе, при составлении «формул» новых сплавов, – это очень большая наука. Во-вторых, сейчас активно развиваются квантовые информационные технологии. В устройствах, которые их используют, носителями информации являются так называемые кубиты, простейшие квантовые системы, которые имеют два состояния и могут находиться долгое время в суперпозиции этих состояний. И вопрос в том, как себя ведут такие системы в различных условиях.
Квантовые технологии для каждого
Квантовые технологии приходят в быт. Самый простой пример, основанный на квантовой механике, – это флеш-накопитель. В твердотельных запоминающих устройствах биты информации хранятся в виде заряда, который имплантирован в толщу оксида кремния, изолятора. Чтобы перезаписать информацию, надо сначала стереть старую. Чтобы удалить заряд из толщи оксида, используется квантовый туннельный эффект: электроны при приложении электрического поля начинают оттуда уходить. Это то приложение квантовых технологий, которые уже есть у каждого. Что дальше будет? Если говорить об индустрии, то сейчас квантовые технологии также внедряются: это квантовые линии связи, которые постепенно появляются, хоть и в экспериментальном виде; это метрология, то есть новые стандарты частоты, основанные на изолированных холодных атомах.
Применение в медицине
Все новые лекарства, которые сейчас синтезируются, разрабатывают сначала с помощью компьютерного моделирования. В ходе процесса моделирования определяют, как те или иные молекулы будут себя вести. Ведь лекарство должно состояться из элемента «доставки», то есть биохимического соединения, который доставит лекарство к нужному органу, и действующего элемента, который запустит определенные химические реакции в организме. С помощью моделирования ученые сначала понимают, что хотелось бы синтезировать, и потом уже химики-синтетики делают определенные вещества. Естественно, предсказания в квантовом моделировании не на 100% верны, но они неизмеримо ускоряют и удешевляют процесс разработки новых лекарств.
Методика работы в квантовом центре
Российский квантовый центр делался по международным стандартам. В нем сотрудники занимаются двумя направлениями работы. Первое – это фундаментальные научные исследования. Второе связано с развитием прикладных аспектов квантовых технологий и внедрением разработок в реальную жизнь. У нас в какой-то степени реализуется американская модель spin-off, когда молодые сотрудники создают фирмы на базе университетов для коммерциализации научных разработок. В российских вузах сейчас также популярна такая методика работы.
Кадры для исследований квантовых технологий
Людей отчаянно не хватает – мы потеряли много компетенций. Проблема в том, что по-прежнему происходит сильная утечка мозгов. Этот вопрос не вполне решается деньгами. Талантливые молодые ученые хотят поработать в признанных в мире научных центрах. Мы, конечно, также стараемся реализовывать какие-то свои преимущества. Должен сказать, что в каком-то смысле «утечка мозгов» естественна, но вопрос в ее масштабах. Важно, чтобы был еще встречный «ручеек» к нам, в Россию. Он есть, но таких людей немного: у меня в группе работает молодой ученый из Австрии, приехавший на несколько лет, ранее работал сотрудник из Португалии.
Международное сотрудничество
Те компетенции, которых не хватает, сейчас можно и нужно компенсировать с помощью международного сотрудничества, в частности, с помощью русскоязычного сообщества ученых, которые работают за рубежом в ведущих научных центрах. Их концентрация там очень высока. Это те люди, которые не откажутся помочь при правильном подходе. Глупо ожидать, что состоявшийся в Германии профессор приедет работать в Россию, если ему предложить больше денег. А вот попросить его прочитать курс лекций, поучаствовать в конференции – это оптимально.
Редакция новостного портала Университета ИТМО