Все слова с приставкой «нано-», которые мы слышим сегодня повсюду, на самом деле раскрывают малоизученный, невидимый невооруженному глазу мир.

А молодые ученые из Международного исследовательского центра «Интеллектуальные материалы» Южного федерального университета во главе с директором центра, доктором физико-математических наук, профессором Александром Солдатовым распознают и изучают удивительные свойства наномира.

Работа Центра идет по следующим направлениям: совместное исследование  с профессором из университета Турина Карло Ламберти металлоорганических каркасных структур, то есть пористых  материалов для хранения внутри себя различных газов, вредных веществ, и производство и исследование частиц магнетита для биомедицинских приложений.  Ведущий научный сотрудник Центра Александр Гуда рассказал о совместном проекте с немецкими коллегами  из Гамбурга по проведению экспериментальных исследований структуры вещества с  высоким временным разрешением:

- Установка, которая строится в Гамбурге, и  в которую Россия вложила 25%, не имеет аналогов в мире, она  будет запущена в следующем году. Южный федеральный университет - куратор этой программы и объединяет исследования четырех ведущих российских центров, - рассказал Александр. Он также отметил, что этот проект поможет решать  задачи промышленности.

По словам   другого ведущего  научного сотрудника Центра Олега Положенцева, работать в области нанотехнологий - это актуально и интересно. Есть возможность решать конкретные задачи, которые могут принести вклад в развитие науки. Вместе с другими молодыми специалистами  Центра Олег работает с лабораторным спектрометром рентгеновского поглощения R-XAS,  при помощи которого  исследуют атомную и электронную структуры наноразмерных материалов. Результаты этой работы смогут найти применение в современных областях промышленности: электронике, энергетике, биомедицинских технологиях. Кроме того, можно анализировать взаимодействие тканей с препаратами для создания менее токсичных лекарств.

Олег Положенцев также рассказал о  возможностях наноонкологии.  Центр «Интеллектуальные материалы»  занимается синтезом, то есть созданием  наночастиц для диагностики и терапии рака. Учёными уже разработаны методики, которые позволяют получить терапевтический эффект. Для этого применяется  переменное магнитное поле. Этот процесс называется гипертермией, и состоит он в следующем: частицы вводятся и доставляются к раковой опухоли, после чего концентрируются в опухоли, а переменное магнитное поле заставляет частицы колебаться  и  разогревать ткань вокруг себя до определённой температуры. Наконец, локальное повышение температуры вызывает гибель раковых клеток.

- Для разрушения раковой клетки требуется температура 41-45 градусов, а здоровые при этом не погибают, - подчеркнул Олег Положенцев. - Ведь сегодня лечение онкологии включает в себя химиотерапию, хирургию с проявлением побочных эффектов. Нанотехнологии, объединив диагностику и терапию заболевания, увеличивают терапевтический эффект.

Центр «Интеллектуальные материалы» располагает  также лабораторией спинтроники, фотоники и квантовых компьютеров, которой руководит  главный  научный сотрудник,  профессор Тель-Авивского университета, доктор физико-математических наук Олег Фарберович. В задачи лаборатории входит: изучение элементной базы квантового компьютера и произведение точных расчетов. На основе нанотехнологий и создается та самая элементная база, которая состоит из ограниченного числа атомов. Специалист этой области должен знать основы квантовой физики и химии, то есть  дисциплин, изучающих взаимодействие отдельных атомов  друг с другом. В обычном компьютере взаимодействуют  электронные схемы, из-за чего существуют ограничения  в  скорости вычисления  и памяти  хранения. Поэтому на сегодняшний день встал вопрос о создании  так называемых квантовых компьютеров,  у которых нет таких ограничений.

- Дело в том, что все компьютеры, которые сейчас используются, это так называемые  вычислительные устройства, построенные на принципах классической механики. То есть у вас есть единица информации - бит, которая бывает нулем или единицей. За счет особенностей квантовой механики вычислительные устройства, построенные на её законах, обладают удивительнейшими свойствами. Это и ноль, и единица одновременно. Соответственно, для двух битов у вас  уже не одно из четырех состояний, а четыре состояния одновременно. Таким образом, при помощи таких устройств мы можем решать задачи, которые, даже не думали решать до этого, -  пояснил студент физического факультета, лаборант Центра «Интеллектуальные технологии» Вячеслав Грицаенко.

 Квантовый компьютер создается на основе квантового алгоритма. Например, условно можно представить его  в виде калькулятора, который будет работать на основе трех атомов, а не набора электронных схем. Вычисление будет происходить со скоростью света. На первый взгляд, это фантастика, но физики-теоретики лаборатории Центра, которые  занимаются расчетом для создания такого прибора, верят в подобную возможность. В настоящее время лаборатория спинтроники, фотоники и квантовых компьютеров Центра рассматривает  атомы никеля и кобальта как элементную базу  таких машин будущего.

С помощью квантовых компьютеров возможна высокоэффективная технология безопасности.

- Сейчас самой  продуктивной считается  система защиты, в которой вместе с какими-то данными отправляется ключ. Ключ – сложное число, состоящее из двух простых.  На приёме,  для того, чтобы посмотреть информацию,  нужно это сложное число разбить на произведение  этих двух простых. Если сложное число состоит из 1000 знаков, то для того, чтобы расшифровать его   нам потребуется 2200 секунд. Такое количество действий ни один современный компьютер не осилит.  Потребуется несколько лет, чтобы расшифровать, да  и информация уже будет устаревшей и, соответственно, никому не нужной. Но  квантовый компьютер при всех своих плюсах имеет один огромный минус - квантовые свойства очень хрупки.  Малейшее взаимодействие разрушает их.  И мы получаем из квантовой системы классическую. Если удастся решить проблему такой декогеренции, то мы получим стабильный квантовый компьютер, - рассказал Вячеслав.

Олеся Фарберович