Недавно губернатор Нижегородской области Глеб Никитин принял участие в сеансе квантовой связи с президентом России Владимиром Путиным в рамках форума «Вычисления и связь. Квантовый мир». Данные, передаваемые по такой квантовой сети, защищены специальным ключом, который практически невозможно взломать.
Глава региона рассказал Президенту о передовых исследованиях, которые ведутся сегодня в области.
Нижегородская область — это традиционно регион инноваций, и, конечно, такие перспективные технологии, как квантовые, не могли выпасть из фокуса нашего внимания. Мы сейчас осуществляем научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы во всех квантовых субтехнологиях: это квантовые вычисления, квантовые коммуникации, квантовая метрология и сенсоры
Впрочем, нижегородские учёные в рамках Десятилетия науки и технологий делают успехи не только в ультрасовременных направлениях, доступных для понимания исключительно специалистами, но и во многих других: здравоохранении, мониторинге окружающей среды, энергоэффективности.
Российский квант
Одна из главных задач, стоящих перед современными учёными — построение квантового компьютера. Его создание позволит решить целый комплекс проблем в химии, логистике, нефтегазовой отрасли, медицине, которые на сегодняшний день остаются в статусе неразрешимых из-за отсутствия необходимых вычислительных мощностей классических компьютеров. Те операции, на которые сейчас ушли бы столетия, квантовый компьютер будет способен выполнить за секунды.
Для российских учёных создание квантового компьютера вдвойне сложно: действующие санкции буквально ставят крест на поставках импортных комплектующих, казалось бы незаменимых для такого проекта. Нижегородские физики с этим категорически не согласились и предложили собственное решение.
С применением возможностей суперкомпьютера «Лобачевский» наши специалисты совместно с учёными МГУ и Российского квантового центра работают над новым методом управления кубитами — квантовыми объектами, они являются альтернативой квантовым разработкам иностранных компаний
За счёт этого пропадает необходимость в запрещенных к ввозу в Россию компонентах. Более того, скорость и точность операций при таком подходе не только не падают, но возрастают. В успешных проектах мировых ИТ-гигантов чип с кубитами содержится в специальном устройстве — криостате — при температуре, близкой к абсолютному нулю, что позволяет минимизировать тепловые шумы.
Но генераторы микроволновых импульсов и линии передач находятся в другом помещении при комнатной температуре, где нагрева элементов и теплопотерь не избежать. А большое количество задействованной техники и силовых линий лишь увеличивает количество помех.
По нашей модели, генераторы цифровых импульсов интегрированы с кубитным чипом и находятся в криостате. Это позволит в перспективе избавиться от проблемы множества «проводов» для управления отдельными кубитами и повысить энергоэффективность процессов.
Она отметила, что в ситуации, когда учёные борются за каждую наносекунду быстродействия, цифровая сверхпроводниковая схема управления может ускорить быстродействие примерно в два раза по сравнению с прорабатываемой западными конкурентами системой управления через СВЧ-модули.
Справка
Кубит – единица информации в квантовом компьютере. В состоянии суперпозиции она является и нулём, и единицей одновременно, обеспечивая высокоскоростные параллельные вычисления, в миллионы раз превосходящие возможности обычных компьютеров. Также кубитами называют базовые ячейки квантовых вычислительных систем.
Покажут конкурентам «нос»
Пока физики ННГУ работают над созданием квантового «сверхмозга», химики университета совершенствуют электронный «нос», разрабатывая для него новое поколение сенсоров.
Электронный «нос» — это, по сути, система сенсорных датчиков. Каждый из них способен чувствовать тот или иной газ. Молекула газа прилипает к поверхности неорганического соединения на сенсоре, меняя электрофизические свойства, и это фиксирует прибор.
Такое устройство может распознавать многие запахи, но первоочередная его задача, о которой говорят учёные — раннее предупреждение о техногенных, химических и биологических угрозах и мониторинг окружающей среды.
Чтобы оптимально выполнять эти задачи, электронный «нос» должен быть максимально компактным, а это затруднительно без использования новейших лёгких и особо чувствительных сенсоров на основе оксидов цинка, меди, теллура и висмута, которые станут базой для датчиков.
Какие именно вещества помогут улавливать тот или иной запах, помогает рассчитать все тот же суперкомпьютер «Лобачевский».
«Коктейль» от бактерий
Если для обнаружения запахов разных газов нужен целый набор металлов, то для лечения тяжелых ожогов — нанесённый на полиуретановую плёнку «коктейль» из вирусов, фатальных для болезнетворных бактерий — бактериофагов. К такому заключению пришли учёные из Приволжского исследовательского медицинского университета (ПИМУ).
По словам специалистов, сейчас отечественная медицина испытывает нехватку материалов с такими свойствами — из 13 имеющихся на рынке подобных раниевых покрытий эффективными по результатам тестов признаны всего два. Созданная же нижегородцами синтетическая плёнка обеспечивает высокую выживаемость антимикробных препаратов, а разработанный ими же микс из бактериофагов позволяет эффективно очищать ожоги при заражении ран устойчивыми к антибиотикам инфекциями.
Инфекции, связанные с оказанием медицинской помощи, всегда были одним из основных вызовов, стоящих перед наукой. Если здоровый человек может быть к ним невосприимчив, то у ослабленных пациентов с обширными поверхностями ран бактерии могут вызывать воспаления, септические состояния, полиорганные нарушения и приводить в итоге к летальному исходу. Кроме того, микроорганизмы, циркулируя в условиях больницы, могут мутировать, увеличивая свою резистентность к антимикробным препаратам и физическим антимикробным факторам. Уже сейчас имеются отдельные виды бактерий, обладающих панрезистентностью, то есть устойчивостью ко всем имеющимся у человечества антибиотикам
По данным университета, имеющийся комплекс бактериофагов, которые могут воздействовать на полирезистентные — не поддающиеся действию двух и более антибиотиков — или даже панрезистентные микроорганизмы, устойчивые к антибактериальным препаратам всех классов.
В перспективе разработка должна помочь быстрее заживлять инфицированные ожоговые раны, очищая их от патогенной микрофлоры.
Энергия - в твоих руках
В ННГУ им. Лобачевского тоже разрабатывают инновационную плёнку, которая сможет помочь в менее критических, но куда более распространенных ситуациях. Ученые государственного университета получили грант на создание специального материала, который сможет заряжать мобильные телефоны без аккумулятора и без подключения к розетке. Достаточно температуры тела. Причем чем холоднее вокруг — тем эффект будет заметнее.
Плёнку получают при температуре до 1,8 тыс. градусов по Цельсию из железа, марганца, хрома и кремния. После того, как материал достают из специальный печи, его с помощью лазера наносят на основу из слюды, сапфира и стекла — и зарядка готова. Правда пока коэффициент её полезного действия невысок.
Сейчас мы опытным путем в различных вариациях комбинируем слои пленки так, чтобы повысить ее КПД в несколько раз. Задача максимум — материал должен быть размером со смартфон, должен крепиться к нему. Тогда необходимое электричество будет вырабатываться, когда пользователь держит мобильное устройство в руке.
Образец размером со смартфон с более высокими характеристиками разработчики планируют получить в ближайшие 5-7 лет.
Чтобы не перегореть самому
Если количество энергии в батарее смартфона оценить достаточно просто — по соответствующей шкале на экране, то с людьми всё сложнее. Однако нижегородские ученые теперь способны определить усталость человека от своей работы по одной только кардиограмме. В этом поможет цифровая платформа для определения уровня стресса и коррекции синдрома профессионального выгорания.
Проект — результат совместного труда биологов, психофизиологов, математиков и программистов Университета Лобачевского. Ученые сформировали базу из 15 тыс. результатов электрокардиограмм участников исследования и данных об их моральном состоянии в момент тестирования. На основе этих данных ИТ-специалисты разработали алгоритм для искусственного интеллекта, который должен по ритму сердца понять, спокоен или эмоционально истощен человек, ориентируясь по универсальным маркерам негативных эмоций.
Иногда стресс снижает производительность труда и мотивацию эффективно работать. Особенно стрессу подвержены руководители и высококвалифицированные специалисты. Система позволяет следить за состоянием человека, чтобы при необходимости предложить варианты выхода из этого состояния.
Специалисты подчеркивают, что ранняя диагностика позволяет проводить профилактику переутомления, стресса, депрессии, нервозности, агрессии, а также может использоваться при комплексном лечении психических нарушений и головной боли.
