- В будущем нас ждут компьютеры на новых физических принципах, и чтобы поучаствовать в процессе их разработки, не нужно никуда ехать, а можно заняться в нашей республике в лабораториях КФУ, - рассказал "РГ" директор Физико-технического института КФУ Александр Нудьга. - Вместе с Российским квантовым центром мы в этом процессе сейчас активно участвуем. Компьютеры нового поколения будут отличаться скоростью, оперативностью выполнения тех или иных алгоритмов, своими размерами и теми задачами, которые они могут решить. Пока еще задачи, которые ставит перед собой наука, не решены, и нет таких маленьких устройств, которые будут их выполнять. Сейчас эти квантовые процессы изучаются на больших лабораторных столах и стендах, а дальше начнется процесс их миниатюризации.
Научно-популярную экскурсию в лаборатории вуза с самой современной исследовательской аппаратурой начали с общего знакомства с теорией квантовой физики. Поскольку слушателями лекции на столько серьезную тему стали школьники и будущие студенты, сложные научные термины потребовалось перевести на простой и понятный язык. Лекцию провел доктор технических наук, доцент кафедры экспериментальной физики Центра функциональных материалов и нанотехнологий Сергей Томилин.
- Квантовая физика - это не что-то из области далекого, - уверяет ученый. - Все LED-дисплеи, фонарики на смартфонах, лазерные указки, МРТ, солнечные батареи имеют квантовую природу. Да и загар на коже - а именно темный пигмент меланин - образуется под действием ультрафиолетовых квантов. И люминесценция светлячков - тоже квантовая технология, а покрытие майского жука представляет собой фотонные кристаллы.
Ученый рассказал школьникам о квантовых технологиях и материалах будущего, которые будут использоваться в квантовых устройствах. О многослойных структурах фотонных кристаллов, квантовых "ловушках" и вихрях, с помощью которых можно кодировать информацию, добиваясь ее абсолютной защиты.
- И сколько таких вихрей мы уложил на одной длине волны, такое получается квантовое число, - пытается объяснить Сергей Томилин. - Вихри могут быть с разным топологическим зарядом - от 0 до 14. С помощью таких вихрей можно кодировать и передавать информацию, и что самое интересно, такая информация будет защищена от проникновения. То есть если сейчас можно подсоединиться к оптоволокну и считать нужную информацию, то считать заряд вихря фактически невозможно. Как только вы нарушите целостность волокна - вихрь тут же распадется.
Экскурсия для школьников продолжается в оптической лаборатории, которая создана на средства мегагранта, полученного Крымским федеральным университетом от министерства науки и высшего образования РФ в 2019 году. Здесь исследователи занимаются генерацией и изучением оптических вихрей, которые распространяют по оптическому волокну для передачи информации. На мониторе ноутбука можно своими глазами увидеть, как выглядит квантовый вихрь.
В соседней лаборатории полученный КФУ в прошлом году фемтосекундный лазер - прибор, позволяющий изучить воздействие света на намагниченность новых материалов. Такие исследования необходимы для создания новых сенсорных устройств, устройств обработки и записи информации. А самое последнее приобретение - установка для изучения так называемого конденсата Бозе-Эйнштейна.
- Если сильно сжать газ, то получается сжиженный газ, - поясняет Сергей Томилин. - Вот и газ из частичек бозонов можно сделать настолько плотным, то он по определенным свойствам начинает вести себя как жидкость и конденсат. На этом бозе-эйнштейновском конденсате возможно построение так называемых битов. Биты - это средство хранения квантовой информации. Если сейчас у нас ячейка памяти может стабильно хранить два значения - ноль или единицу (двоичная система), то один кубит может хранить в себе сколько угодно много бит информации, то есть он может находиться в огромном количестве квантовых состояний. В рамках Российского квантового центра и Сколково создается технология квантовых компьютеров, и кубиты для них пытаемся исследовать мы.
Сейчас над созданием универсального компьютера на квантах работают 10 самых продвинутых научных центров в США, Китае, Германии и Японии. Кто первым сконструирует принципиально новое устройство, производительность которого будет в миллиарды раз превышать возможности современных компьютеров, тот, скорее всего, и получит технологическое и информационное лидерство в мировой экономике. После сегодняшней открытой лекции наверняка появились будущие студенты, которые уже через несколько лет присоединятся к разработке новых технологий.
Справка "РГ"
Акция "Наука рядом" организована по инициативе АНО "Национальные приоритеты", российского общества "Знание". Подобные лекции и экскурсии для школьников рамках национального проекта "Наука и университеты" в эти дни проводят в НИЦ "Курчатовский Институт", Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, Институте прикладной физики в Нижнем Новгороде, Балтийском федеральном университете, Тюменском госуниверситете и других вузах. Например, в Университете ИТМО школьникам рассказывают о создании искусственной клетки и новых умных материалах, в ТюмГУ - о пыли в атмосфере городов и ее влиянии на человека.