Metas e objetivos do centro científico russo com um computador quântico e biossensores

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

O advento dos computadores quânticos permitirá à humanidade criar novos tipos de combustível e fazer um avanço na medicina. Esta opinião é compartilhada pelo diretor do Centro Científico "Functional Micro / Nanosystems" da Universidade Técnica do Estado de Moscou. N. E. Bauman Ilya Rodionov. Segundo ele, uma das principais tarefas do laboratório comandado por ele é o desenvolvimento de dispositivos para computação quântica. Em entrevista à RT, o cientista também falou sobre o desenvolvimento de biossensores para diagnosticar a condição humana em tempo real.

Como foi criado o seu centro, o que é?

- O centro foi criado há não muito tempo, há cinco anos. A ideia de sua criação é baseada no desenvolvimento de dispositivos baseados em novos princípios físicos. Queríamos criar tecnologias que ainda não existem no mundo e que irão beneficiar as pessoas.

11 empresas líderes mundiais estiveram envolvidas na criação do centro, que permitiu fornecer a infraestrutura necessária e os melhores equipamentos. O projeto foi implantado rapidamente, em apenas um ano. Três meses depois, começamos a desenvolver soluções tecnológicas, com base nas quais todos os dispositivos do centro estão sendo criados hoje.

O centro é baseado em uma "sala limpa" - uma sala industrial na qual a umidade, a temperatura e a quantidade de partículas no ar são controladas. Esses parâmetros são extremamente importantes porque estamos trabalhando com estruturas muito pequenas, com cerca de 10 nanômetros de tamanho, que são milésimos do diâmetro de um fio de cabelo humano.

Você está conduzindo pesquisas sobre o desenvolvimento da base de elementos para dispositivos de uma nova geração: de computadores quânticos a sensores biológicos. O que você conseguiu fazer?

- Eu destacaria três áreas principais nas quais nossos resultados alcançaram o nível mundial e, em alguns lugares, até o excederam. O centro é o contratante tecnológico líder para dois dos maiores projetos da Rússia no campo da computação quântica. Cada um deles desenvolve sua própria base de elementos: chips fotônicos baseados nos princípios da nanofotônica e circuitos qubit baseados em supercondutores.

Todos os principais laboratórios da Rússia que lidam com computação quântica usam nossos chips. Em parâmetros individuais, os elementos funcionais de nossos dispositivos demonstram resultados que superam o nível mundial.

A segunda área é a biotecnologia. Diversas tecnologias foram desenvolvidas para criar os chamados laboratórios em um chip. Essa é a direção que ajudará a salvar vidas no futuro. Estamos desenvolvendo aparelhos portáteis que podem diagnosticar o estado de uma pessoa em tempo real e até realizar um efeito terapêutico.

A terceira área mais importante é o desenvolvimento de sensores sensores e fontes de radiação. Nos últimos três anos, estabelecemos vários recordes mundiais de uma vez, criamos sensores biológicos com sensibilidade recorde a marcadores especialmente importantes. Alguns desses sensores podem detectar até três partículas de matéria por trilhão de partículas de matéria nas quais estão dissolvidos. Não existem tais dispositivos no mundo hoje.

Junto com nossos parceiros americanos, fabricamos estruturas nas quais são criadas fontes de fóton único. Esses são dispositivos usados em biologia, computação quântica e comunicações.

Como é organizado o trabalho com os alunos no centro? Você obtém tudo ou apenas o melhor do melhor e para um projeto específico?

- Os melhores dos melhores chegam aqui, e não só da nossa universidade. Mais de 90% dos alunos e graduados da Baumanka, bem como rapazes da Moscow State University e da Phystech, trabalham no centro. Estamos abertos a alunos e graduados de todas as universidades. Aliás, costumo dizer: “Gente, não temos alunos aqui”. Isso significa apenas uma coisa - todos que chegam aqui imediatamente trabalham com problemas práticos. A base do método de ensino russo, pelo qual Baumanka é famoso, é o ensino de tarefas reais de "combate". Cada aluno é nosso funcionário.

Todos têm acesso a equipamentos e materiais, eles podem fazer algo por si próprios?

- Equipamentos individuais dentro da "sala limpa" custam 2 a 3 milhões de euros, portanto, é claro, nem todos têm acesso. Antes de poder trabalhar independentemente em tal equipamento, você deve passar por um sistema de treinamento de várias fases. O primeiro teste é um exame sobre o conhecimento das regras de comportamento e trabalho dentro das "salas limpas".

Aí os caras passam por vários estágios de treinamento no exterior - seja em um fabricante de equipamentos ou em laboratórios amigos da gente. Eles estudam por muito tempo - para ter acesso a equipamentos individuais, você precisa estudar por cerca de um ano.

Você mencionou que os chips feitos em seu centro são usados em todos os principais laboratórios russos envolvidos na computação quântica. Como seus desenvolvimentos ajudarão na criação de um computador quântico na forma de um dispositivo físico real?

- Construir um computador quântico é uma tarefa extremamente difícil. O desenvolvimento de dispositivos integrados, chips processadores, é apenas parte do projeto quântico global. Também inclui os algoritmos mais complexos, a criação de softwares especiais, instalações criogênicas experimentais.

Uma grande equipe de profissionais de várias universidades e grupos de pesquisa está trabalhando atualmente para resolver os objetivos definidos. Nossa tarefa é fornecer aos nossos colegas uma base de elementos de alta qualidade, que servirá de base para um computador quântico russo.

Quando e onde você acha que o primeiro computador quântico universal funcional real aparecerá? Por que seu desenvolvimento é importante?

- É difícil prever onde e quando um computador quântico será criado. Os especialistas dos principais laboratórios e empresas do mundo definem os termos de 5 a 20 anos. Temos jovens funcionários no centro, mas somos sóbrios em nossas previsões. Mesmo 15-20 anos é um período muito próximo. As possibilidades que um computador quântico dará são infinitas, elas mudarão completamente a vida da humanidade. Começando com drogas, equipamentos médicos e terminando com novas energias, novos materiais.

As chances são de que finalmente seremos capazes de derrotar o câncer. Um grande número de áreas de aplicação requer computação ultrarrápida e simulação de sistemas quânticos, o que possibilitará a construção de um processador quântico. Esta é uma grande conquista da humanidade, que sem dúvida se tornará realidade. E espero que aconteça aqui mesmo.

Você falou sobre a criação de biossensores e o desenvolvimento de tecnologia para a criação de materiais para eles. Existem protótipos em funcionamento, desenvolvimentos promissores sobre os quais você possa falar?

- Nosso orgulho é uma nova abordagem para a criação de materiais epitaxiais (materiais com uma estrutura de cristal perfeita. - RT). Anteriormente, eles eram feitos usando métodos muito caros. Nossa equipe conseguiu desenvolver uma tecnologia relativamente barata, que patenteamos na Federação Russa, e agora estamos emitindo uma patente internacional.

Aprendemos como criar prata epitaxial, com a qual cientistas de todo o mundo têm trabalhado sem sucesso nos últimos 60 anos. Vários dispositivos plasmônicos únicos foram criados com base na prata: uma fonte de radiação, um sensor com sensibilidade de registro, detectores de marcadores biológicos para a determinação de doenças cardiovasculares.

A mesma tecnologia é aplicável a outros metais usados em biossensóricos e em fontes de fóton único. Por exemplo, com base em alumínio epitaxial, fazemos qubits supercondutores. Nossa solução acabou sendo verdadeiramente universal.

Conte-nos sobre o papel e a importância da nanofotônica. Por que a Rússia precisa desenvolver essa direção?

- A eletrônica tem se desenvolvido muito rapidamente nas últimas décadas. Os portadores desses dispositivos são os elétrons. Mas o elétron é inerentemente limitado. A fotônica, por outro lado, nos dá a oportunidade de trabalhar com outro portador de informações - um fóton que pode ser controlado.

A luz é o mais rápido que temos. Portadores mais perfeitos ainda são desconhecidos da humanidade. Portanto, consideramos tudo relacionado à nanofotônica extremamente promissor. São novos tipos de dispositivos de computação, novos dispositivos biológicos, toda uma gama de direções aplicadas.

Você já mencionou o "laboratório em um chip". O que é, como pode ser aplicado ou já está sendo aplicado?

- “Laboratory on a Chip” - uma tentativa de mudar as bases do trabalho no campo das análises biomédicas. Por exemplo, para fazer um exame de sangue hoje, vamos ao laboratório e coletamos uma amostra. Então, por algum tempo - várias horas ou vários dias - esperamos pelo resultado. Assim, no "laboratório em um chip", o trabalho com as amostras é transferido para o nível micrométrico, para a microescala. Isso permite que você acelere radicalmente todos os processos.

Será possível avaliar nossa condição em tempo real. Levaremos no bolso algum tipo de dispositivo que dirá que está tudo bem. Ou, por exemplo, que o nível de colesterol está ultrapassado ou outro indicador importante.

Quais dispositivos uma pessoa usará no futuro próximo? O que substituirá os "relógios inteligentes" existentes?

- Se imaginarmos que um computador quântico e dispositivos do tipo "laboratório em um chip" foram criados, os quais têm dispositivos fotônicos "integrados", com os quais estamos trabalhando ativamente, então nossos "relógios inteligentes" podem ser transformados em um data center em funcionamento com uma potência maior do que qualquer supercomputador na terra agora. E isso é só o começo.

Por que os carros não voam? Porque não temos uma fonte de combustível que nos permita manter os motores funcionando por muito tempo. Existe um jato de decolagem vertical, e tal motor poderia ser colocado em um carro. No entanto, isso exigirá um tanque inteiro de combustível.

Um computador quântico permitirá calcular substâncias com propriedades pré-determinadas e criar novas fontes de combustível. Com o advento das coisas que estamos fazendo no centro hoje, muitas novas tecnologias virão, e todos esses fantásticos filmes de Guerra nas Estrelas estarão próximos da realidade depois de um tempo.