Buts et objectifs du centre scientifique russe avec un ordinateur quantique et des biocapteurs

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

L'avènement des ordinateurs quantiques permettra à l'humanité de créer de nouveaux types de carburant et de faire une percée en médecine. Cet avis est partagé par le directeur du Centre scientifique "Functional Micro / Nanosystems" de l'Université technique d'État de Moscou. N. E. Bauman Ilya Rodionov. Selon lui, l'une des tâches principales du laboratoire qu'il dirige est le développement de dispositifs pour l'informatique quantique. Dans une interview avec RT, le scientifique a également évoqué le développement de biocapteurs pour diagnostiquer une condition humaine en temps réel.

Comment votre centre a-t-il été créé, qu'est-ce que c'est ?

- Le centre a été créé il n'y a pas si longtemps, il y a cinq ans. L'idée de sa création repose sur le développement d'appareils basés sur de nouveaux principes physiques. Nous voulions créer des technologies qui n'existent pas encore dans le monde et qui profiteront aux gens.

11 grandes entreprises mondiales ont participé à la création du centre, ce qui a permis de fournir les infrastructures nécessaires et les meilleurs équipements. Le projet a été mis en œuvre rapidement, en un an seulement. Trois mois plus tard, nous avons commencé à développer des solutions technologiques, sur la base desquelles tous les appareils du centre sont aujourd'hui créés.

Le centre est basé sur une "salle blanche" - une salle industrielle dans laquelle l'humidité, la température et la quantité de particules dans l'air sont contrôlées. Ces paramètres sont d'une importance capitale car nous travaillons avec de très petites structures, d'environ 10 nanomètres, qui sont des millièmes du diamètre d'un cheveu humain.

Vous menez des recherches sur le développement de la base d'éléments pour les appareils d'une nouvelle génération: des ordinateurs quantiques aux capteurs biologiques. Qu'as-tu réussi à faire ?

- Je soulignerais trois domaines clés dans lesquels nos résultats ont atteint le niveau mondial et l'ont même dépassé à certains endroits. Le centre est le principal entrepreneur technologique pour deux des plus grands projets en Russie dans le domaine de l'informatique quantique. Chacun d'eux développe sa propre base d'éléments: des puces photoniques basées sur les principes de la nanophotonique et des circuits qubit basés sur des supraconducteurs.

Tous les principaux laboratoires russes traitant de l'informatique quantique utilisent nos puces. Dans les paramètres individuels, les éléments fonctionnels de nos appareils démontrent des résultats qui dépassent le niveau mondial.

Le deuxième domaine est la biotechnologie. Plusieurs technologies ont été développées pour créer des laboratoires sur puce. C'est la direction qui aidera à sauver des vies à l'avenir. Nous développons des appareils portables capables de diagnostiquer l'état d'une personne en temps réel et même d'exercer un effet thérapeutique.

Le troisième domaine le plus important est le développement de capteurs et de sources de rayonnement. Au cours des trois dernières années, nous avons établi plusieurs records du monde à la fois, créé des capteurs biologiques avec une sensibilité record à des marqueurs particulièrement importants. Certains de ces capteurs peuvent détecter jusqu'à trois particules de matière par billion de particules de matière dans lesquelles elles sont dissoutes. Il n'y a pas de tels appareils dans le monde aujourd'hui.

Avec nos partenaires américains, nous fabriquons des structures sur lesquelles sont créées des sources monophotoniques. Ce sont des appareils qui sont utilisés en biologie, en informatique quantique et en communications.

Comment s'organise le travail avec les étudiants dans le centre ? Obtenez-vous tout ou seulement le meilleur des meilleurs et pour un projet spécifique ?

- Les meilleurs des meilleurs arrivent ici, et pas seulement de notre université. Plus de 90% des étudiants et diplômés de Baumanka, ainsi que des gars de l'Université d'État de Moscou et de Phystech, travaillent dans le centre. Nous sommes ouverts aux étudiants et diplômés de toutes les universités. D'ailleurs, je dis souvent: "Les gars, nous n'avons pas d'étudiants ici." Cela ne signifie qu'une chose - tous ceux qui arrivent ici travaillent immédiatement avec des problèmes pratiques. La base de la méthode d'enseignement russe, pour laquelle Baumanka est célèbre, est d'enseigner sur de vraies tâches de « combat ». Chaque étudiant est notre employé.

Tout le monde a accès à l'équipement et au matériel, peut-il faire quelque chose par lui-même ?

- Les équipements individuels à l'intérieur de la « salle blanche » coûtent 2 à 3 millions d'euros, donc bien entendu, tout le monde n'y a pas accès. Avant de pouvoir travailler de manière indépendante sur un tel équipement, vous devez suivre un système de formation en plusieurs étapes. Le premier test est un examen sur la connaissance des règles de comportement et de travail à l'intérieur des « salles blanches ».

Ensuite, les gars passent par plusieurs étapes de formation à l'étranger - soit chez un équipementier, soit dans des laboratoires qui nous sont amis. Ils étudient longtemps - pour avoir accès à des équipements individuels, vous devez étudier pendant environ un an.

Vous avez mentionné que les puces fabriquées dans votre centre sont utilisées dans tous les principaux laboratoires russes engagés dans l'informatique quantique. Comment vos développements aideront-ils à créer un ordinateur quantique sous la forme d'un véritable appareil physique ?

- Construire un ordinateur quantique est une tâche extrêmement difficile. Le développement de dispositifs intégrés, de puces de processeurs n'est qu'une partie du projet quantique global. Il comprend également les algorithmes les plus complexes, la création de logiciels spéciaux, des installations cryogéniques expérimentales.

Une grande équipe de professionnels de diverses universités et groupes de recherche travaille actuellement à la résolution des objectifs fixés. Notre tâche est de fournir à nos collègues une base d'éléments de haute qualité, qui servira de base à un ordinateur quantique russe.

Quand et où pensez-vous que le premier véritable ordinateur quantique universel fonctionnel apparaîtra ? Pourquoi son développement est-il important ?

- Il est difficile de prédire où et quand un ordinateur quantique sera créé. Les experts des principaux laboratoires et entreprises du monde appellent les termes de 5 à 20 ans. Nous avons de jeunes salariés au centre, mais nous sommes sobres dans nos prévisions. Même 15-20 ans est une période très proche. Les possibilités qu'offrira un ordinateur quantique sont infinies, elles changeront complètement la vie de l'humanité. En partant des médicaments, du matériel médical et en terminant par une nouvelle énergie, de nouveaux matériaux.

Il y a de fortes chances que nous soyons enfin capables de vaincre le cancer. Un grand nombre de domaines d'applications nécessitent un calcul ultra-rapide et une simulation de systèmes quantiques, ce qui permettra de réaliser un processeur quantique. C'est une grande réalisation de l'humanité, qui deviendra sans aucun doute une réalité. Et j'espère que ça arrivera ici.

Vous avez parlé de la création de biocapteurs et du développement de la technologie pour créer des matériaux pour eux. Y a-t-il des prototypes fonctionnels, des développements prometteurs dont vous pouvez parler ?

- Notre fierté est une nouvelle approche de la création de matériaux épitaxiés (matériaux à maille cristalline parfaite. - RT). Auparavant, ils étaient fabriqués à l'aide de méthodes très coûteuses. Notre équipe a réussi à développer une technologie relativement bon marché, que nous avons brevetée en Fédération de Russie, et maintenant nous délivrons un brevet international.

Nous avons appris à créer de l'argent épitaxié, sur lequel les scientifiques du monde entier travaillent sans succès depuis 60 ans. De nombreux dispositifs plasmoniques uniques ont été créés à base d'argent: une source de rayonnement, un capteur à la sensibilité record, des détecteurs de marqueurs biologiques pour la détermination des maladies cardiovasculaires.

La même technologie est applicable à d'autres métaux utilisés en biocapteur et dans les sources à photon unique. Par exemple, à base d'aluminium épitaxié, nous fabriquons des qubits supraconducteurs. Notre solution s'est avérée vraiment universelle.

Parlez-nous du rôle et de l'importance de la nanophotonique. Pourquoi la Russie a-t-elle besoin de développer cette direction ?

- L'électronique s'est développée très rapidement au cours des dernières décennies. Les porteurs de ces appareils sont des électrons. Mais l'électron est intrinsèquement limité. La photonique, d'autre part, nous donne l'opportunité de travailler avec un autre support d'information - un photon qui peut être contrôlé.

La lumière est la plus rapide que nous ayons. Des porteurs plus parfaits sont encore inconnus de l'humanité. Par conséquent, nous considérons que tout ce qui touche à la nanophotonique est extrêmement prometteur. Ce sont de nouveaux types d'appareils informatiques, de nouveaux appareils biologiques, toute une gamme de directions appliquées.

Vous avez déjà évoqué le "laboratoire sur puce". Qu'est-ce que c'est, comment peut-il être appliqué ou est-il déjà appliqué?

- "Laboratory on a Chip" - une tentative de changer la base de travail dans le domaine des analyses biomédicales. Par exemple, pour faire un test sanguin aujourd'hui, nous allons au laboratoire et prélevons un échantillon. Puis pendant un certain temps - plusieurs heures ou plusieurs jours - on attend le résultat. Ainsi, dans le "laboratoire sur puce", le travail avec des échantillons est transféré au niveau micrométrique, à l'échelle microscopique. Cela vous permet d'accélérer radicalement tous les processus.

Il sera possible d'évaluer notre état en temps réel. Nous emporterons dans nos poches une sorte d'appareil qui dira que tout va bien. Ou, par exemple, que le taux de cholestérol est dépassé ou un autre indicateur important.

Quels gadgets une personne utilisera-t-elle dans un avenir proche ? Qu'est-ce qui remplacera les « montres intelligentes » existantes ?

- Si nous imaginons qu'un ordinateur quantique et des dispositifs de type "laboratoire sur puce" ont été créés, qui ont des dispositifs photoniques "à bord", avec lesquels nous travaillons activement, alors nos "montres intelligentes" peuvent être transformées en un centre de données fonctionnel avec une puissance supérieure à celle de n'importe quel superordinateur sur terre actuellement. Et ce n'est que le début.

Pourquoi les voitures ne volent-elles pas ? Parce que nous n'avons pas de source de carburant qui nous permettrait de faire tourner les moteurs longtemps. Un jet à décollage vertical existe, et un tel moteur pourrait être installé dans une voiture. Cependant, cela nécessitera un réservoir entier de carburant.

Un ordinateur quantique permettra de calculer des substances aux propriétés prédéterminées et de créer de nouvelles sources de carburant. Avec l'avènement des choses que nous faisons au centre aujourd'hui, beaucoup de nouvelles technologies viendront, et tous ces films fantastiques de Star Wars seront proches de la réalité après un certain temps.