Metas y objetivos del centro científico ruso con una computadora cuántica y biosensores

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

La llegada de las computadoras cuánticas permitirá a la humanidad crear nuevos tipos de combustible y lograr un gran avance en la medicina. Esta opinión es compartida por el director del Centro Científico "Micro / Nanosistemas Funcionales" de la Universidad Técnica Estatal de Moscú. NORDESTE. Bauman Ilya Rodionov. Según él, una de las principales tareas del laboratorio que dirige es el desarrollo de dispositivos para la computación cuántica. En una entrevista con RT, el científico también habló sobre el desarrollo de biosensores para diagnosticar una condición humana en tiempo real.

¿Cómo se creó su centro, qué es?

- El centro se creó no hace mucho, hace cinco años. La idea de su creación se basa en el desarrollo de dispositivos basados en nuevos principios físicos. Queríamos crear tecnologías que aún no existen en el mundo y que beneficiarán a las personas.

En la creación del centro participaron 11 empresas líderes mundiales, que permitió dotar de la infraestructura necesaria y el mejor equipamiento. El proyecto se implementó rápidamente, en solo un año. Tres meses después, comenzamos a desarrollar soluciones tecnológicas, sobre la base de las cuales se están creando todos los dispositivos del centro en la actualidad.

El centro se basa en una "sala limpia", una sala industrial en la que se controlan la humedad, la temperatura y la cantidad de partículas en el aire. Estos parámetros son de vital importancia porque estamos trabajando con estructuras muy pequeñas, de unos 10 nanómetros de tamaño, que son milésimas del diámetro de un cabello humano.

Está investigando el desarrollo de la base de elementos para dispositivos de una nueva generación: desde computadoras cuánticas hasta sensores biológicos. ¿Qué lograste hacer?

- Destacaría tres áreas clave en las que nuestros resultados han alcanzado el nivel mundial y en algunos lugares incluso lo han superado. El centro es el contratista tecnológico líder para dos de los proyectos más grandes de Rusia en el campo de la computación cuántica. Cada uno de ellos desarrolla su propia base de elementos: chips fotónicos basados en los principios de la nanofotónica y circuitos qubit basados en superconductores.

Todos los laboratorios líderes en Rusia que se ocupan de la computación cuántica utilizan nuestros chips. En parámetros individuales, los elementos funcionales de nuestros dispositivos demuestran resultados que superan el nivel mundial.

La segunda área es la biotecnología. Se han desarrollado varias tecnologías para crear los denominados laboratorios en un chip. Esta es la dirección que ayudará a salvar vidas en el futuro. Estamos desarrollando dispositivos portátiles que podrían diagnosticar la condición de una persona en tiempo real e incluso realizar un efecto terapéutico.

La tercera área más importante es el desarrollo de sensores y fuentes de radiación. Durante los últimos tres años, hemos establecido varios récords mundiales a la vez, hemos creado sensores biológicos con una sensibilidad récord para marcadores especialmente importantes. Algunos de estos sensores pueden detectar hasta tres partículas de materia por trillón de partículas de materia en las que están disueltas. No existen tales dispositivos en el mundo de hoy.

Junto con nuestros socios estadounidenses, fabricamos estructuras sobre las que se crean fuentes de fotones únicos. Estos son dispositivos que se utilizan en biología, computación cuántica y comunicaciones.

¿Cómo se organiza el trabajo con los alumnos en el centro? ¿Obtienes todo o solo lo mejor de lo mejor y para un proyecto específico?

- Llega lo mejor de lo mejor, y no solo de nuestra universidad. Más del 90% de los estudiantes y graduados de Baumanka, así como los chicos de la Universidad Estatal de Moscú y Phystech, trabajan en el centro. Estamos abiertos a estudiantes y egresados de todas las universidades. Por cierto, a menudo digo: "Chicos, aquí no tenemos estudiantes". Esto significa solo una cosa: todos los que llegan aquí trabajan inmediatamente con problemas prácticos. La base del método de enseñanza ruso, por el que Baumanka es famoso, es la enseñanza sobre tareas reales de "combate". Cada estudiante es nuestro empleado.

Todos tienen acceso a equipos y materiales, ¿pueden hacer algo por su cuenta?

- Los equipos individuales dentro de la "sala limpia" cuestan entre 2 y 3 millones de euros, por lo que, por supuesto, no todo el mundo tiene acceso. Antes de que pueda trabajar de forma independiente en dicho equipo, debe pasar por un sistema de entrenamiento de múltiples etapas. La primera prueba es un examen sobre el conocimiento de las reglas de comportamiento y trabajo dentro de las "salas blancas".

Luego, los muchachos pasan por varias etapas de capacitación en el extranjero, ya sea de un fabricante de equipos o en laboratorios que son amigables con nosotros. Estudian durante mucho tiempo; para obtener acceso a equipos individuales, debe estudiar durante aproximadamente un año.

Mencionaste que los chips fabricados en tu centro se utilizan en todos los principales laboratorios rusos dedicados a la computación cuántica. ¿Cómo ayudarán sus desarrollos a crear una computadora cuántica en forma de dispositivo físico real?

- Construir una computadora cuántica es una tarea extremadamente difícil. El desarrollo de dispositivos integrados, chips de procesador es solo una parte del proyecto cuántico global. También incluye los algoritmos más complejos, la creación de software especial, instalaciones criogénicas experimentales.

En la actualidad, un nutrido equipo de profesionales de diversas universidades y grupos de investigación trabaja en la resolución de los objetivos marcados. Nuestra tarea es proporcionar a nuestros colegas una base de elementos de alta calidad, que servirá como base para una computadora cuántica rusa.

¿Cuándo y dónde crees que aparecerá la primera computadora cuántica universal funcional real? ¿Por qué es importante su desarrollo?

- Es difícil predecir dónde y cuándo se creará una computadora cuántica. Los expertos de los principales laboratorios y empresas del mundo llaman a los términos de 5 a 20 años. Tenemos empleados jóvenes en el centro, pero estamos sobrios en nuestras previsiones. Incluso 15-20 años es una época muy cercana. Las posibilidades que dará una computadora cuántica son infinitas, cambiarán por completo la vida de la humanidad. Comenzando con medicamentos, equipos médicos y terminando con nueva energía, nuevos materiales.

Lo más probable es que finalmente podamos vencer al cáncer. Una gran cantidad de áreas de aplicación requieren computación ultrarrápida y simulación de sistemas cuánticos, lo que permitirá hacer un procesador cuántico. Este es un gran logro de la humanidad, que sin duda se convertirá en una realidad. Y espero que suceda aquí mismo.

Hablaste sobre la creación de biosensores y el desarrollo de tecnología para crear materiales para ellos. ¿Hay prototipos funcionales, desarrollos prometedores de los que pueda hablar?

- Nuestro orgullo es un nuevo enfoque para la creación de materiales epitaxiales (materiales con una celosía cristalina perfecta. - RT). Anteriormente, se fabricaban con métodos muy costosos. Nuestro equipo logró desarrollar una tecnología relativamente barata, que patentamos en la Federación de Rusia, y ahora estamos emitiendo una patente internacional.

Aprendimos cómo crear plata epitaxial, en la que científicos de todo el mundo han estado trabajando sin éxito durante los últimos 60 años. Se han creado varios dispositivos plasmónicos únicos a base de plata: una fuente de radiación, un sensor con una sensibilidad récord, detectores de marcadores biológicos para la determinación de enfermedades cardiovasculares.

La misma tecnología es aplicable a otros metales utilizados en biosensores y en fuentes de fotón único. Por ejemplo, a base de aluminio epitaxial, fabricamos qubits superconductores. Nuestra solución resultó ser verdaderamente universal.

Cuéntenos sobre el papel y la importancia de la nanofotónica. ¿Por qué Rusia necesita desarrollar esta dirección?

- La electrónica se ha desarrollado muy rápidamente durante las últimas décadas. Los portadores de estos dispositivos son electrones. Pero el electrón es inherentemente limitado. La fotónica, por otro lado, nos da la oportunidad de trabajar con otro portador de información: un fotón que se puede controlar.

La luz es lo más rápido que tenemos. Los portadores más perfectos aún son desconocidos para la humanidad. Por tanto, consideramos que todo lo relacionado con la nanofotónica es sumamente prometedor. Se trata de nuevos tipos de dispositivos informáticos, nuevos dispositivos biológicos, toda una gama de direcciones aplicadas.

Ya ha mencionado el "laboratorio en un chip". ¿Qué es, cómo se puede aplicar o ya se está aplicando?

- “Laboratorio en un chip”: un intento de cambiar la base del trabajo en el campo de los análisis biomédicos. Por ejemplo, para hacernos un análisis de sangre hoy, vamos al laboratorio y tomamos una muestra. Luego, durante algún tiempo, varias horas o varios días, esperamos el resultado. Entonces, en el "laboratorio en un chip" el trabajo con muestras se transfiere al nivel del micrómetro, a la microescala. Esto le permite acelerar radicalmente todos los procesos.

Será posible evaluar nuestra condición en tiempo real. Llevaremos en el bolsillo algún tipo de dispositivo que dirá que todo está bien. O, por ejemplo, que se supere el nivel de colesterol u otro indicador importante.

¿Qué dispositivos utilizará una persona en un futuro próximo? ¿Qué reemplazará a los "relojes inteligentes" existentes?

- Si imaginamos que se han creado una computadora cuántica y dispositivos del tipo "laboratorio en un chip", que tienen dispositivos fotónicos "a bordo", con los que estamos trabajando activamente, entonces nuestros "relojes inteligentes" se pueden convertir en un centro de datos en funcionamiento con una potencia superior a la de cualquier supercomputadora del mundo actual. Y esto es sólo el principio.

¿Por qué no vuelan los coches? Porque no disponemos de una fuente de combustible que nos permita mantener los motores en marcha durante mucho tiempo. Existe un avión de despegue vertical, y tal motor podría colocarse en un automóvil. Sin embargo, esto requerirá un tanque completo de combustible.

Una computadora cuántica permitirá calcular sustancias con propiedades predeterminadas y crear nuevas fuentes de combustible. Con el advenimiento de las cosas que estamos haciendo en el centro hoy, vendrán muchas nuevas tecnologías, y todas estas fantásticas películas de Star Wars estarán cerca de la realidad después de un tiempo.