Всем известно, что наука не стоит на месте. За последние сто лет она сделала огромный скачок, благодаря открытиям ученых, воплощенным в действительность, жизнь людей качественно изменилась. И фантастика вековой давности уже давно стала явью.

Да, что говорить о столетиях! Каждое новое десятилетие несет нам свои открытия и прорывные технологии. Современные исследования из области фантастики становятся реальностью сегодняшнего дня.

Профессор, академик Российской академии наук, доктор химических наук, научный руководитель ЮФУ Владимир Минкин рассказал, какие научные исследования превратились из фантастики вчерашнего дня в реальность нынешнего.

«Существует несколько направлений исследований. С одной стороны, это - стремление заглянуть вглубь, то есть изучить наномир, атомистику. С другой - движение в сторону космоса, галактики. Примечательно, что за последние два-три года российская наука смогла представить достижения в обоих этих направлениях. Одно из таких достижений, это запуск спутника с рентгеновским спектрометром на орбиту. Благодаря этому спутнику уже открыто сотни, если не тысячи, новых объектов в космосе. Также очень приятно, что и в наномире российская наука имеет определенный успех. Так, вакцина «Спутник V» представлена на самом высоком уровне. Достижения российских ученых при разработке этой вакцины очень весомы. В этом направлении исследований важно взаимодействие науки не только внутри одной страны, но и целого мира, тогда это может быть очень продуктивно», - отметил Владимир Минкин.

Десятки научных подразделений Южного федерального университета трудятся над реализацией различных проектов в области фундаментальных и прикладных исследований. Затем эти исследования ложатся в основу современных разработок в сфере цифровых, биомедицинских агропромышленных технологий, которые способны сделать нашу жизнь безопаснее, комфортнее и интереснее.

Одним из важнейших изобретений человечества 20 века стал компьютер. Еще полвека назад это были громоздкие устройства, занимавшие несколько помещений. Сегодня человечество ведет разработки в области суперкомпьютеров с огромной вычислительной мощностью, способных перерабатывать большое количество информации. Над их созданием и постоянным совершенствованием трудятся ученые со всего мира.

Нанотехнолог о суперкомпьютерах

Руководитель научной группы, кандидат технических наук, доцент ИНЭП ЮФУ Максим Солодовник рассказал, какие разработки ведутся в ЮФУ для совершенствования суперкомпьютеров

Успехи на пути создания квантовых вычислительных систем привели к тому, что сегодня большинство технологических гигантов (Google, IBM, Intel, Microsoft и др.) вкладывают огромные ресурсы в фундаментальные и прикладные исследования, направленные не только на совершенствование квантовых вычислителей, уже ставших реальностью, но и полнофункциональное сопряжение квантовых и классических вычислительных систем. На сегодня исследования ведутся широким фронтом и прорабатываются различные варианты реализации элементов систем квантовых вычислений и коммуникаций. Одним из таких вариантов является создание такого рода систем на основе полупроводниковых наногетероструктур с квантовыми точками. Именно в этом направлении ведутся исследования в Институте нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУ, на кафедре нанотехнологий и микросистемной техники.

«В рамках направления сотрудниками кафедры проводятся комплексные исследования, направленные на разработку технологии получения одиночных и упорядоченных квантовых точек, предназначенных для создания квантовых регистров и источников одиночных и запутанных фотонов, способных испускать по одному фотону в заданный момент времени. Такие управляемые фотоны могут выполнять роль кубитов в квантовом компьютере, таком, например, как Jiuzhang, с помощью которого в декабре 2020 года квантовое превосходство было достигнуто во второй раз в истории и на принципиально иной технологической платформе. Всего за несколько минут ему удалось совершить вычисление, которое классическим компьютером проводилось бы около двух миллиардов лет.

Полученные нами результаты позволяют расширить технологические возможности создания устройств на основе квантовых точек, в том числе однофотонных излучателей для более надёжной и производительной генерации кубитов в квантовых компьютерах»,   сообщает руководитель научной группы, кандидат технических наук, доцент ИНЭП ЮФУ Максим Солодовник.

Химик о разработках для квантовых компьютеров

Но не только ИНЭП ЮФУ занимается разработками в этом направлении, ведущий научный сотрудник Отдела строения и реакционной способности органических соединений НИИ физической и органической химии ЮФУ, д.х.н. Алёна Старикова также реализует исследовательский проект для квантового компьютера. Совместно с учеными Школы химии Мельбурнского университета (Австралия) и Химического факультета Университета штата Колорадо (США) она предложила путь создания комплексов с «переключаемыми» магнитными свойствами.

Как отметила Алена Старикова, следующие поколения датчиков и устройств квантовых вычислений, а также в целом области молекулярной электроники и спинтроники требуют создания новых материалов на основе молекул, способных «переключаться» между двумя или более физически различимыми спиновыми состояниями. «Одним из перспективных типов «переключаемых» молекул являются комплексы металлов, которые склонны проявлять обратимые перегруппировки, сопровождающиеся изменением магнитных свойств», - рассказала ученая.

Проведенные Алёной Стариковой теоретические исследования показали, что такие системы могут быть использованы в качестве двухкубитовых квантовых вентилей в квантовой обработке информации или в качестве молекулярных переключателей в молекулярной электронике или спинтронике.

Нейротехнолог о разработках «Мозг-компьютер»

Еще совсем недавно истории о киборгах люди узнавали из фэнтези-фильмов и фэнтези-литературы. Сегодня ученые создают технологии, помогающие человеку с помощью мысли управлять специализированными устройствами.

Так, научно-исследовательский технологический центр нейротехнологий ЮФУ реализует проект в рамках гранта РНФ «Разработка стимул-независимой модели интерфейса "Мозг-компьютер" для реабилитации людей с ограниченными возможностями».

Ведущий научный сотрудник НИТЦ нейротехнологий ЮФУ, кандидат технических наук Дмитрий Шапошников рассказал, что проект имеет существенную прикладную роль. Создание ассистента на основе нейроинтерфейса, который сопряжён с бионическим протезом и средой виртуальной реальности, прежде всего, увеличивает функциональные возможности технологии, а также поддерживает пациентов, лишенных естественных каналов коммуникации.

Для решения этих задач используются специальные нейросетевые методы, в том числе алгоритмы глубокого обучения для анализа и классификации биоэлектрической активности мозга человека во время генерации моторных или речевых команд. Обнаружение таких команд позволяет формировать устойчивую связь между мозгом пациента и внешним управляемым устройством – протезом или виртуальной средой.

«Главной задачей в области разработки нейроинтерфейсов является повышение устойчивости и надёжности системы человеко-машинного взаимодействия. Новые методы и алгоритмы, разработанные нами в рамках проекта РНФ, позволяют учитывать индивидуальные (уникальные) характеристики работы человеческого мозга, способствуя тем самым повышению эффективности управления в контуре Интерфейса «Мозг-компьютер», как дополнительного (немышечного) канала коммуникации», – добавил Дмитрий Шапошников.

Благодаря вкладу ученых уже в ближайшие десятилетия суперкомпьютер и даже киборг станут такой же реальностью, как сотовый телефон, умные устройства для дома, электромобили и многое другое, что делает нашу сегодняшнюю жизнь более комфортной и интересной.

Автор: Анастасия Кострыкина