Что такое квантовые технологии? Как они меняют нашу жизнь? Где в России строят квантовый компьютер? Об этом 16-17 ноября ростовчанам рассказал старший научный сотрудник группы «Квантовая оптика» Российского квантового центра Дмитрий Чермошенцев в рамках федерального проекта сети Информационных центров по атомной энергии (ИЦАЭ) «Энергия науки».

16 ноября спикер принял участие в научно-популярном ток-шоу «Язык Эйнштейна», в рамках которого три эксперта собрались за одним столом, чтобы обсудить самые свежие новости науки и их значение в стиле шоу «Прожекторперисхилтон».

Дмитрий Чермошенцев рассказал об исследовании ростовских учёных: на Дону нашли альтернативу кремнию в нейроморфных чипах. В качестве активного слоя в искусственных синапсах нейропроцессоров будущего, возможно, будут использоваться плёнки ниобата лития. Спикер объяснил слушателям, что нейроморфные чипы моделируют работу мозга. Есть элементы, которые определённым образом копируют работу нейронов и их органов, а связи между этими элементами возникают за счёт специализированных аналогов синапсов.

«Поскольку научной статьи пока нет, сложно рассуждать на тему того, что сделали коллеги. Когда-то так было и с кремниевой электроникой. Но мы научились хорошо обрабатывать кремний, создавать компактные полупроводниковые технологии и теперь пользуемся маленькими телефонами, компьютерами и прочим. Весь мир в постоянном поиске новых материалов, а ниобат лития обладает замечательными свойствами, которые и использовали донские исследователи в своей работе. Желаю им плодотворной работы в дальнейших разработках», — подытожил Дмитрий.

Станислав Кубрин, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории Мёссбауэровской спектроскопии отдела аналитического приборостроения НИИ физики Южного федерального университита, поделился новостью о том, что американские учёные создали магнитоэлектрический материал для восстановления нервов. Материал состоит из пьезоэлектрического слоя титаната свинца-циркония, зажатого между двумя слоями металлических стеклянных сплавов, которые могут быстро намагничиваться и размагничиваться. Технология позволяет преобразовывать магнитные поля в электрическое в 120 раз быстрее, чем другие аналогичные материалы. Спикер отметил, что в будущем эта разработка позволит проводить менее инвазивные процедуры нейростимуляции: вместо имплантации устройства можно будет ввести небольшое количество магнитоэлектрического материала.

Новость о том, что в Германии обнаружили средневекового мужчину с протезом руки, прокомментировал Михаил Русаков, младший научный сотрудник лаборатории археологии Южного научного центра Российской академии наук. Для определения возраста находки использовали радиоуглеродный анализ (метод позволяет установить возраст органических объектов на основе концентрации углерода-14), который показал, что мужчина умер между 1450 и 1620 годами нашей эры. А вообще, по словам эксперта, протезирование появилось довольно рано (самый древний протез найден вместе со скелетом, возраст которого датируется 2900-2800 годом до н. э.) и несло в себе несколько функций: функциональную и косметическую.

На следующий день состоялись лекции Дмитрия про квантовые технологии. Квант – это неделимая порция некоторой величины в физике. Исследования, связанные с квантовыми частицами, начались не так давно. Квантовая физика пришла в науку в середине ХХ века с появлением лазеров и полупроводниковых технологий. 

Развитие этой сферы привело к тому, что человечество стало лучше и лучше производить микросхемы. Основной элемент таких микросхем — транзистор. Дмитрий отметил, что в физике есть закономерность, согласно которой размер транзистора уменьшается каждые два года. Эту тенденцию обнаружил Гордон Мур. Спикер объяснил: чем меньше становятся транзисторы, тем больше в них проявляются атомные эффекты. Но проблема в том, что нельзя напечатать транзистор, который будет размером с атом. 

«Можно подумать, что мы упёрлись в потолок, и больше не можем решать проблемы с помощью квантовых вычислений, делать жизнь качественнее», — обозначил проблему эксперт. 

Но квантовая физика развивается и решает актуальные трудности в разных сферах. Так, например, компания Airbus в начале 2019 года запустила программу по привлечению специалистов из области квантовых технологий. Разработчикам предлагается решить следующие задачи: оптимизация расходов топлива при взлёте, вычислительная гидрогазодинамика, оптимизация багажной загрузки самолёта и многие другие. 

Дмитрий также с помощью простых примеров объяснил состояние суперпозиции и понятие квантовой запутанности. Фотоны иногда ведут себя как волны, а иногда как поток частиц. Поведение потока частиц свойственно людям. Один и тот же человек не может одновременно зайти через две двери. Но вот есть фотоны, которые ведут себя как волны, они могут обогнуть препятствие с двух сторон. После того, как они это осуществляют, они переходят в состояние квантовой суперпозиции. Суперпозиция — это комбинация различных состояний квантовой системы, в которых она находится одновременно. Пример состояния квантовой суперпозиции — мысленный эксперимент с котом Шрёдингера.

«Существуют такие задачи, которые нам нужно решить, но ресурсов классических компьютеров хватает. Даже если мы возьмём наши мобильные телефоны, телевизоры, компьютеры и объединим их в одно супермощное устройство, эти проблемы всё равно не решатся. Квантовый компьютер позволит решить целый спектр задач во многих сферах – от больших данных и оптимизации до медицины и кибербезопасности», — отметил спикер.

«Энергия науки» – проект, созданный сетью ИЦАЭ, чтобы познакомить жителей регионов с новейшими научными открытиями и идеями и сформировать у аудитории широкую картину современной научной жизни. В рамках проекта лучшие популяризаторы, учёные и научные журналисты из разных регионов страны рассказывают о самых передовых теориях, открытиях и гипотезах. В этот раз «Энергия науки» проходила в рамках Арктического марафона – серии научно-просветительских мероприятий Росатома, посвящённых проекту «Ледокол знаний» и экспедиции на Северный полюс на одном из самых мощных атомоходов в мире.

Арктическая экспедиция Росатома «Ледокол знаний» – рейс на атомном ледоколе «50 лет Победы» к Северному полюсу с участием самых умных и любознательных детей страны, победителей множества конкурсов и проектов. В 2023 году 87 талантливых подростков из 41 региона России, отобранных по итогам интеллектуальных конкурсов, в сопровождении экспертов, учёных и популяризаторов науки на борту атомного ледокола прошли по маршруту Мурманск – Северный полюс – Земля Франца-Иосифа – Мурманск, своими глазами увидели русскую Арктику, получили новые знания, изучили современные технологии атомной отрасли, узнали о Северном морском пути и преимуществах атомных ледоколов.

«Ледокол знаний — 2024» станет юбилейной экспедицией и пройдёт в год 65-летия атомного ледокольного флота.  Не пропустите информацию о старте проекта! Регистрируйтесь на научно-просветительской платформе homo-science.ru и будьте готовы сразиться в интеллектуальной битве. А чтобы ожидание проходило с пользой, готовьтесь и узнавайте больше интересного из мира науки и технологий: про кванты и ледоколы, про ядерную медицину и композитные материалы на платформе homo-science.ru.