Проект, успешно прошедший экспертизу министерства науки и высшего образования РФ, реализуется на федеральный грант в 38 миллионов рублей. Хабаровские физики-ядерщики получат в свое распоряжение современные вычислительные серверы, которые позволят на месте вести сложные расчеты и обрабатывать большие массивы данных. До сих пор ученым приходилось использовать суперкомпьютеры МГУ имени Ломоносова и зарубежных научных центров.
"Создание лаборатории моделирования квантовых процессов - это, по сути, начало нового этапа многолетней научно-исследовательской работы хабаровских физиков-теоретиков, коллектив которых начал формироваться в вузе еще в 1980-х, - говорит 32-летний руководитель лаборатории, кандидат физико-математических наук, доцент ТОГУ Игорь Мазур. - Мы займемся моделированием различных квантовых систем - от атомных ядер до наночастиц с уникальными свойствами. Для этого нужны вычислительные мощности".
Кто-то, наверное, удивится, но на Дальнем Востоке, в Хабаровске есть физики-ядерщики, результаты деятельности которых известны и признаны в научном мире. Этому немало поспособствовала коллаборация ученых из трех вузов - хабаровского ТОГУ, НИИ ядерной физики (НИИЯФ) имени Скобельцына Московского госуниверситета и университета штата Айова (США). Плодотворное международное сотрудничество развивается в течение последних 20 лет.
Так, в 2009 году хабаровские ученые совместно с коллегами из НИИЯФ построили новую модель взаимодействия между нуклонами в атомном ядре, получившую название JISP16. Новым подходом к изучению нуклон-нуклонного взаимодействия теперь пользуются многие теоретики и экспериментаторы в мире.
"Наше открытие легло в основу 400 исследований, - рассказывает Игорь Мазур. - JISP16 хорошо описывает свойства некоторых легких ядер, в том числе абсолютно неизвестных. Практически все процессы, которые мы изучаем, важны для астрофизики, например, поскольку описывают процессы внутри звезд".
Одним из ярких результатов научной работы хабаровских физиков стало исследование экзотической ядерной системы тетранейтрон, свойства которой Игорь Мазур изучает вместе с отцом - доцентом ТОГУ Александром Мазуром.
Плодотворное сотрудничество с НИИЯФ МГУ и с коллегами из-за рубежа идет и в области атомной физики. Так, например, в 2018 году журнал Nature Physics опубликовал статью, соавтором которой является профессор ТОГУ, доктор технических наук Сергей Бурков.
Сегодня в лаборатории моделирования квантовых процессов ТОГУ работают 14 научных сотрудников и студенты-бакалавры. "Ведутся фундаментальные исследования нерелятивистских квантовых систем - изучается физика атомного ядра, а также взаимодействие атомов с электронами и внешним электромагнитным излучением, созданным мощным лазером. Это направление работы ведущего научного сотрудника лаборатории, профессора ТОГУ Сергея Зайцева и его коллег, - рассказывает Игорь Мазур. - Занимаемся мы и прикладными исследованиями для внедрения прорывных технологий на основе квантовых вычислений, моделирования материалов с заданными свойствами".
Лаборатория позволила открыть совершенно новые направления для хабаровских ученых - проектирование квантового компьютера. Этим занимается группа ведущего научного сотрудника, кандидата физико-математических наук Андрея Чибисова.
А еще в лаборатории ТОГУ учат компьютер... предсказывать. Используя машинное обучение, можно настроить искусственный интеллект на выдачу прогнозов в таких больших расчетах, которые крайне сложно получить на современных суперкомпьютерах.
"Мы используем методы машинного обучения для моделирования различных квантовых процессов, разрабатываем альтернативный способ экстраполяции на основе использования нейронных сетей и пытаемся применять его к анализу многочастичных ядерных систем", - объясняет Игорь Мазур.
Создание в ТОГУ научной школы по теоретической физике и моделированию квантовых систем - важное направление деятельности лаборатории. Готовится открытие магистратуры по квантовой физике, которая, возможно, появится в следующем учебном году. Бакалавров-физиков активно привлекают к научной деятельности. Пятеро студентов уже стали сотрудниками лаборатории.
Одна из задач лаборатории - развитие сотрудничества с российскими и зарубежными научными центрами, организация крупных мероприятий. С 2012 ТОГУ проводит конференцию "Теория атомного ядра в эпоху суперкомпьютеров". Трижды представительный форум, собирающий физиков-ядерщиков со всего мира, проходил в Хабаровске, и два раза за рубежом - в Южной Корее и США. В 2020 году его должна была принять Индия, но из-за пандемии пришлось все отложить. Общение ученых сегодня идет в онлайновом режиме.
"В прошлом году Объединенный институт ядерных исследований в Дубне - один из самых мощных исследовательских центров по ядерной физике - предложил нам провести научную конференцию в Хабаровске. Мы с радостью согласились, но по известным причинам пока это невозможно. Планы остаются. Лаборатория нам поможет, поскольку на подобные цели финансирование предусмотрено - мы можем приглашать коллег в Хабаровск и ездить на научные форумы в другие города", - подчеркнул Игорь Мазур.
Сердце лаборатории моделирования квантовых процессов - новейшие компьютерные серверы. Оборудование дорогостоящее. Поэтому вычислительные возможности будут наращиваться постепенно.
Когда два первых сервера запустили в эксплуатацию, ученые из Вычислительного центра Дальневосточного отделения РАН, с которыми тесно сотрудничают физики ТОГУ, были поражены скоростью операций. То, что раньше занимало неделю, новые машины обрабатывали за несколько часов.
"С появлением лаборатории исполнилась моя личная мечта, - признается Игорь Мазур. - Во время учебы в МГУ имени Ломоносова я знал, что непременно вернусь в Хабаровск. Я очень хочу, чтобы в нашем городе наука развивалась, чтобы появлялись хорошие возможности и условия для научных исследований. Нам этого удалось добиться достаточно быстро благодаря гранту".