На вопрос «Ъ» о влиянии премии «Вызов» на развитие квантового компьютинга и науку в целом Илья Семериков ответил так: «Я надеюсь, что премия “Вызов” сможет не только дополнительно выделить направление квантовых вычислений, но и в целом сделает науку более привлекательной как для молодежи, так и для общества в целом, сможет поднять престиж профессии ученого в России».
Научные звезды первой величины
Лауреаты премии «Вызов» дали интервью «Ъ»
Стать лауреатом Национальной премии в области будущих технологий «Вызов» почетно. Особенно почетно стать первыми лауреатами этой уникальной российской научной премии. «Ъ» следил за всеми этапами премии с момента ее учреждения. Теперь, когда имена первых четырех лауреатов прозвучали на всю страну, наш корреспондент встретился с ними. Илья Семериков, Гамлет Ходжибагиян, Рауль Гайнетдинов, Павлос Лагудакис рассказали о своих будущих работах, поделились мыслями о премии, дали советы молодым людям, желающим заниматься наукой. Учредителем премии является фонд развития научно-культурных связей «Вызов» совместно с Газпромбанком при поддержке правительства Москвы. Генеральным партнером премии выступает госкорпорация «Росатом».
«Перспектива» квантовых компьютеров
Илья Семериков
Фото: Фотобанк Фонда «Вызов»
Кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН), заместитель руководителя научной группы в Российском квантовом центре (РКЦ) Илья Семериков стал лауреатом премии «Вызов» в номинации «Перспектива» за разработку технологии ионного квантового процессора с использованием многоуровневых квантовых ячеек памяти — кудитов.
Ультрахолодными ионами Илья Семериков занимается с 2014 года. Первоначально основное направление его работы было связано с оптическими стандартами частоты на ультрахолодных ионах. В 2019 году научная группа, в которой он работает, начала заниматься использованием ультрахолодных ионов для квантовых вычислений.
«На этот год у нас запланирована реализация нескольких новых квантовых алгоритмов, запуск ловушек на чипе для масштабирования ионных квантовых вычислений, создание новой установки для исследования фундаментальных основ квантовых вычислений на ионах, модернизация нашего квантового компьютера для достижения большей мощности,— рассказал «Ъ» Илья Семериков.— На сегодняшний день уже существует универсальный квантовый компьютер мощностью 20 кубит с облачным доступом. Мы видим два возможных направления дальнейшего развития. Мы можем пойти в сторону увеличения числа кубит — тогда к концу 2024 года у нас будет квантовый компьютер мощностью 50 кубит. Или нашей первоочередной задачей может стать увеличение достоверности операций. Для создания более мощного компьютера важны оба направления».
В квантовых компьютерах мощностью от 100 кубит нужно использовать не трехмерные ловушки Пауля, как в менее мощных компьютерах, а планарные ловушки (ловушки на чипе). Опытная партия таких ловушек по разработанному в РКЦ дизайну была изготовлена в Московском институте электронной техники (МИЭТ).
Молодым людям, выпускникам школ, интересующимся квантовым компьютингом, Илья Семериков рекомендует начать изучение темы с чтения статей и обзоров, найденных через поисковую систему Google Scholar по ключевым словам «quantum computation», и с книги Скотта Ааронсона «Квантовые вычисления со времен Демокрита». «На первых порах многое будет непонятно, зато появятся вопросы, станет яснее, что нужно изучать, чтобы дальше продвигаться в этой области»,— говорит Илья Семериков.
«Инженерное решение» по высокотемпературной сверхпроводимости
Гамлет Ходжибагиян
Фото: Фотобанк Фонда «Вызов»
Заместитель директора по научной работе Лаборатории физики высоких энергий Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ), кандидат технических наук Гамлет Ходжибагиян стал лауреатом премии «Вызов» в номинации «Инженерное решение» — за разработку магнитов на основе высокотемпературного сверхпроводящего материала для сверхмощных хранилищ электроэнергии и исследований новой физики.
Магнитами для ускорителей заряженных частиц Гамлет Ходжибагиян занимается с 1973 года. Он занимался разработкой магнитов для синхротрона «Нуклотрон» — сверхпроводящего ускорителя ядер в Лаборатории физики высоких энергий (ЛФВЭ) ОИЯИ, который был запущен в эксплуатацию в 1993 году. Дальше была разработка магнитов типа «Нуклотрон» для ускорителя SIS 100 в Дармштадте и для создаваемого на базе ОИЯИ коллайдера NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility). В рамках проекта NICA была разработана концепция новой магнитной системы для обновленного синхротрона, «Нового нуклотрона». Систему предлагается сделать из ВТСП-материалов (ВТСП — высокотемпературная сверхпроводимость).
План будущих работ у Гамлета Ходжибагияна расписан по годам. 2024 год — участие в подготовке и проведении пусконаладочных работ магнитной системы коллайдера тяжелых ионов и легких поляризованных ядер NICA; завершение изготовления накопителя энергии NICA. 2025 год — запуск в эксплуатацию сверхпроводящего протонного циклотрона МСЦ-230. 2026 год — запуск в серийное производство магнитов из высокотемпературного сверхпроводника для синхротрона «Новый нуклотрон».
В этом году планируется также создание накопителя энергии из ВТСП-материалов для проекта NICA. Цель работы — устранить влияние коллайдера NICA на общую сеть электропитания Дубны, а также влияние пульсаций тока общей сети на работу ускорителей. При циклической работе синхротрона энергия периодически возвращается в городскую сеть, отрицательно влияя на других потребителей. Другие потребители, в свою очередь, также отрицательно влияют на работу ускорителя. Подобная ситуация существует, например, и в ЦЕРНе. От работы Большого адронного коллайдера зависят все потребители энергии в Женеве. Благодаря ВТСП-накопителю в проекте NICA эта проблема будет решена.
«Подобные накопители энергии востребованы во всем мире,— говорит Гамлет Ходжибагиян.— Они могут быть использованы, например, в зеленой энергетике. Там, где вырабатывается электроэнергия за счет солнечных лучей или энергии ветра, она вырабатывается в тот момент, когда дует ветер или светит солнце. Потребляться же она должна всегда. Поэтому необходим накопитель энергии, который накапливал бы энергию в момент ее генерации, а расходовал по мере необходимости. Такая же ситуация с регенерацией энергии в железнодорожном транспорте. Когда локомотив тормозит, он передает свою энергию поступательного движения в магнитное поле накопителя. Когда он ускоряется — энергия из накопителя передается железнодорожному составу. Возможно использование накопителей и в автомобильном транспорте. В будущем могут появиться и другие области применения, возможно, самые неожиданные».
По мнению Гамлета Ходжибагияна, ВТСП-материалы и ВТСП-технологии в ближайшие годы будут очень востребованны. Во многих сферах деятельности высокотемпературные сверхпроводники могут обеспечить огромную экономию. Пример этого — одна из технологий, представленных на премию «Вызов»,— ВТСП-кабель для проекта NICA, количество и стоимость которого благодаря облучению заряженными частицами была снижена в три раза.
По мнению Гамлета Ходжибагияна, выбор вузов, которые готовят высококлассных специалистов по криогенике и сверхпроводимости, очень широк. В их числе — МГТУ им. Н. Э. Баумана, МИФИ, МАИ.
Лауреат премии «Вызов» Гамлет Ходжибагиян отметил, что премия «Вызов» подтверждает признание важности проведенных исследований научной общественностью, является большим стимулом для сотрудников, участвующих в проведении научной работы, студентов, аспирантов и молодых ученых, выбирающих направление своей деятельности.
«Ученый года» создает новую фармакологию
Рауль Гайнетдинов
Фото: Фотобанк Фонда «Вызов»
Директор Института трансляционной биомедицины СанктПетербургского государственного университета и научный руководитель Клиники высоких медицинских технологий им. Н.И. Пирогова СПбГУ, кандидат медицинских наук Рауль Гайнетдинов — лауреат премии «Вызов» в номинации «Ученый года» за открытие принципиально новых лекарственных подходов для лечения болезней мозга.
Рауль Гайнетдинов — один из мировых лидеров в области фармакологии системы дофамина и рецепторов следовых аминов (TAARs). После окончания медико-биологического факультета 2-го Московского государственного медицинского института им. Н.И. Пирогова он пришел в НИИ фармакологии РАМН. Уже в то время он начал заниматься поиском новых эффективных антипсихотических и других средств для терапии заболеваний мозга, повышающих качество жизни человека и при этом не вызывающих серьезных осложнений. «Галоперидол без побочек» — так кратко формулирует тему своих исследований сам Рауль Гайнетдинов.
Рауль Гайнетдинов занимался исследованиями в США и Италии, с 2013 года работает в СПбГУ. В виварии Института трансляционной биомедицины собрана уникальная коллекция нокаутных лабораторных животных, то есть генетически модифицированных животных, у которых «выключены» рецепторы следовых аминов.
«Изучая этих животных, мы нашли большое количество изменений — функциональных, эмоциональных, биохимических. Это доказывает, что данные рецепторы являются новой мишенью для фармакологии. Наиболее изученный рецептор — TAAR1. В настоящее время уже разрабатываются инновационные лекарственные средства на основе TAAR1,— рассказал «Ъ» Рауль Гайнетдинов.— Такие лекарства могут применяться при лечении депрессии, шизофрении, тревожного расстройства. Стоит изучить возможность их использования для лечения паркинсонизма, болезни Альцгеймера, синдрома дефицита внимания и гиперактивности у детей (СДВГ), наркомании, алкогольной зависимости, никотиновой зависимости».
«Проводя эксперименты с нашей коллекцией животных, мы стараемся убедить весь мир, что не только TAAR1, но и остальные рецепторы следовых аминов могут быть интересны для фармакологии. Особый интерес представляют обонятельные рецепторы, отвечающие за инстинктивные запахи. Наиболее изученный рецептор — TAAR5»,— рассказал Рауль Гайнетдинов. По его мнению, исследования этих «обонятельных» рецепторов, которые ученые теперь находят и в мозге, могут в перспективе привести к созданию не имеющих мировых аналогов лекарств, применяемых не только в психиатрии, но и в онкологии и иммунологии. Новой фармакологии нужны серьезные инвестиции. И в этом он возлагает большие надежды на премию «Вызов». «Я надеюсь, что премия “Вызов” поможет найти серьезных инвесторов. Расходы на создание лекарственных средств в России намного ниже, чем, например, в США, где речь идет о суммах в миллиарды долларов. Дополнительное финансирование поможет ускорить разработку лекарств в России, а созданные лекарства можно будет вывести как на отечественный рынок, так и на китайский и индийский рынки»,— говорит Рауль Гайнетдинов.
На вопрос «Ъ» о том, в какие вузы он порекомендует поступать молодым людям, желающим заниматься новыми направлениями фармакологии, Рауль Гайнетдинов ответил так: «Я окончил медико-биологический факультет Второго меда. Сейчас в нескольких вузах есть медико-биологические факультеты. Но необязательно всем желающим поступать именно туда. Факультет фундаментальной медицины МГУ, Институт медицины СПбГУ, медицинские вузы Новосибирска и Томска дают очень хорошее образование. Тот, кто хочет заниматься медициной на современном уровне, должен иметь глубокое знание науки — знать новейшие лекарства, последние разработки, новые методы диагностики».
«Прорыв» в фотонике
Павлос Лагудакис
Фото: Фотобанк Фонда «Вызов»
Профессор Павлос Лагудакис, вице-президент по фотонике и руководитель Лаборатории гибридной фотоники в Сколтехе — лауреат премии «Вызов» в номинации «Прорыв» — за передовые исследования в области создания вычислительных устройств на основе поляритонов и разработку оптического транзистора. (Фотоника — передовая отрасль науки и технологий с использованием света, занимающаяся контролем и управлением оптическими сигналами, а также созданием разнообразных устройств, в которых вместо электрического тока используется свет.)
Павлос Лагудакис начал заниматься изучением поляритонов, составных частиц, возникающих при взаимодействии фотонов с элементарными возбуждениями среды, в конце 2000 года. Работая в западных университетах, он до 2016 года занимался организацией в России воркшопов для европейских ученых. С 2016 года профессор Лагудакис работает в России, в Сколтехе. В 2017 году он вместе с коллегами предложил концепцию первого поляритонного симулятора с использованием аналоговых вычислений, в 2019 году — первый поляритонный транзистор, работающий при комнатных температурах. Тогда для переключения состояния этого устройства с нуля на единицу требовалось 10–100 тыс. фотонов. «В 2021 году мы продемонстрировали возможность сделать то же самое, но уже с помощью всего одного фотона,— рассказал Павлос Лагудакис.— Сейчас мы стоим на пороге нового прорыва. Мы ждем выхода нашей публикации в журнале с высоким импакт-фактором. В ней рассказывается о том, что теперь мы можем соединять несколько транзисторов, создавая конфигурацию, которая называется “универсальный логический вентиль”, то есть логический вентиль, который обеспечивает корректное выполнение логических операций. Следующую задачу будут решать уже не научные физические лаборатории, такие, как наша, а инженеры — как перейти от единиц транзисторов к нескольким тысячам. То, как быстро будет достигнута эта цель, будет зависеть от приложенных усилий и инвестиций».
Павлос Лагудакис поделился дальнейшими планами на будущее: «Через пару лет мы планируем создать логические вентили, которые можно будет использовать не только для классических цифровых вычислений, но и для квантовых вычислений. Через пять лет — продвинуться в направлении с программируемым поляритонным симулятором. Создать прибор с несколькими тысячами узлов, с помощью которого можно будет решать разнообразные практические задачи, связанные с логистикой, энергоснабжением, распространением информации, то есть задачи, которые трудно решить с помощью классических алгоритмов».
«К нашей работе проявляют интерес представители различных секторов российского делового мира,— рассказал Павлос Лагудакис.— Мы часто общаемся с представителями ведущих государственных компаний, таких как “Ростех”, “Росатом”, РЖД, “Газпром”, Сбербанк. То есть с представителями тех сфер бизнеса, которые могут себе позволить вкладывать средства не только в разработки, но также и в исследования».
Отвечая на вопрос «Ъ» о том, где молодежь, желающая заниматься фотоникой, может получить образование, профессор Лагудакис сказал, что лучше знаком со столичными вузами, и в первую очередь порекомендовал родной Столтех: «Если вы живете в Москве, приходите к нам, поступайте на бакалавриат по направлению “физика и свет”. После нее можно будет в магистратуре продолжить исследования в области поляритоники. Но, разумеется, есть также МФТИ, МГУ, МИСиС — вузы, которые уже подготовили целую плеяду ученых высшего класса».
«В наше время в области фотоники назревает революция. Фотоника, которой мы занимаемся,— это электроника будущего. Россия уже занимает передовые позиции в разработке этого направления. Я надеюсь, что благодаря премии “Вызов” увеличатся инвестиции в эту сферу и всем фундаментальным разработкам найдется практическое применение»,— заявил в окончании интервью Павлос Лагудакис.