Китай стремительно укрепляет свои позиции в сфере проектирования и производства чипов следующего поколения, опережая США как по количеству научных публикаций, так и по их значимости. По данным Джорджтаунского университета (GU), в период с 2018 по 2023 год китайские исследователи опубликовали в два с лишним раза больше научных работ, чем их американские коллеги. Эти фундаментальные исследования ставят под угрозу эффективность экспортного контроля США, что может привести к утрате их доминирующего положения в разработке передовых микросхем.

Источник изображения: Mathew Schwartz / Unsplash

При этом 50 % статей, вошедших в 10 % наиболее цитируемых работ в данной области, были написаны при участии авторов из Китая. Для сравнения: американские исследователи участвовали лишь в 22 % таких публикаций, а европейские учёные — в 17 %. Этот разрыв свидетельствует о целенаправленной стратегии Китая, направленной на достижение лидирующих позиций в фундаментальных исследованиях в области микроэлектроники.

Китайские исследования охватывают широкий спектр научных дисциплин, включая физику, материаловедение, электронику, компьютерные науки и ИИ. В центре внимания китайских учёных — традиционные кремниевые полупроводниковые чипы, специализированные графические процессоры (GPU) для ИИ, принципиально новые вычислительные архитектуры, нейроморфные процессоры и оптические микросхемы. Эти технологии способны коренным образом изменить вычислительные системы, повысив их производительность и энергоэффективность, что делает их стратегически важными для будущего высокопроизводительных вычислений.

Аналитики Обсерватории передовых технологий (ETO) использовали методы машинного обучения (ML) для обработки и классификации тысяч научных публикаций, сосредоточившись на прорывных технологиях, а не на инкрементальных коммерческих улучшениях, которые зачастую остаются корпоративными секретами. Такой подход позволил выявить ключевые направления научных исследований, определяющие, какие страны займут лидирующие позиции в разработке высокотехнологичных вычислительных систем.

Топ-цитируемые исследования — это 10 % статей за каждый год, набравшие наибольшее количество цитирований. Источник изображения: ETO

Анализ включал только статьи с аннотациями на английском языке, что подчёркивает их международную значимость. Это означает, что в выборку вошли лишь те работы китайских исследователей, которые ориентированы на международную научную аудиторию, а не внутренние исследования, публикуемые исключительно на китайском языке. Однако даже в таком отборе Китай демонстрирует значительное преимущество перед США и Европой.

Юньцзи Чэнь (Yunji Chen), глава Государственной ключевой лаборатории процессоров в Пекине и соучредитель компании Cambricon, отмечает, что Китай добился значительных успехов в проектировании специализированных ИИ-чипов. Однако, по его словам, производство остаётся узким местом, главным образом из-за экспортных ограничений США. Введение санкций существенно затруднило доступ Китая к передовым литографическим установкам и высокопроизводительным полупроводниковым компонентам, что сдерживает развитие китайской микроэлектронной индустрии.

С октября 2022 года Министерство торговли США (DOC) запретило продажу в Китай передовых микросхем и оборудования для их производства. Американские власти объяснили этот шаг тем, что Пекин использует ИИ для «мониторинга, отслеживания и наблюдения за собственными гражданами», а также для развития военных технологий. Несмотря на эти меры, китайские исследования не только не замедлились, но и продолжают усиливать своё влияние на мировую научную среду.

Чип Cambrian-1 компании Cambricon использует вычислительную архитектуру, специально разработанную для глубокого обучения ИИ. Источник изображения: Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences

Наиболее перспективные направления китайских исследований включают нейроморфные вычисления и оптические процессоры. Первые моделируют работу биологических нейронных сетей, что позволяет создавать более энергоэффективные и высокопроизводительные вычислительные системы. Вторые, использующие фотонные технологии, способны заменить электронные транзисторы и значительно повысить скорость обработки данных. Китай уже лидирует в обеих этих областях по количеству публикаций, что подчёркивает его стратегическое преимущество в разработке новых вычислительных архитектур.

Джейкоб Фельдгойзе (Jacob Feldgoise), аналитик Центра безопасности и передовых технологий при GU, указывает, что Китай активно разрабатывает следующее поколение вычислительных технологий, в отношении которых США не обладают монополией. В отличие от традиционных полупроводниковых технологий, для реализации этих решений не требуется доступ к высокоточному оборудованию, находящемуся под экспортными ограничениями. Это делает усилия США по сдерживанию китайского технологического прогресса значительно менее эффективными.

Данные берутся из публикации Догнать и перегнать: дистиллированный ИИ — в каждый гаджет?

Ядерные часы с точностью, позволяющей человечеству начать научное изучение ранее недоступных областей, планируют создать российские учёные в 2030–2032 годах. Об этом в беседе с журналистами РИА Новости рассказал генеральный директор Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) Сергей Донченко.

Источник изображения Alexey Savchenko / Unsplash

«Реально можно ожидать, что уже не прототип, а экспериментальный образец, если быть оптимистом, появится, наверное, где-то в 2030–2032 годах. Пессимистом не хотелось бы быть», — приводит источник слова господина Донченко. Он также добавил, что в настоящее время учёные работают над созданием прототипа часов, а также заняты выбором направлений, по которым такие часы можно было бы разработать.

В беседе с журналистами было отмечено, что переход для таких часов нашли немецкие учёные из Федерального физико-технического института. Для создания устройства потребуются новые технологии, включая лазеры в особом диапазоне длин волн и специализированные материалы, которые на данный момент получены только в России. Потенциальная точность ядерных часов может достигать 20–21 знака после запятой.

«Ядерные часы позволят многие вещи решить. Не только для экономики страны, но и фундаментальные. Все расчёты показывают, что если у вас такие стабильные часы, то можно вести исследования в области подтверждения тёмной материи. То есть это мы переходим в новый порядок понимания Вселенной и вообще жизни. Поэтому появление такого точного инструмента позволит создать те направления в науке, которые мы до конца ещё не понимаем», — считает господин Донченко.

Электричество хаотично, и обычно его использование приходится ограничивать проводами и цепями. Однако международной группе учёных из Европы и Канады удалось точно направлять электрические искры в воздухе и даже заставить их огибать препятствия с помощью ультразвуковых волн. Детальная информация о проделанной работе опубликована в журнале Science Advances.

Источник изображения: newatlas.com

В новом исследовании учёные из Хельсинского университета, Университета Наварры и Университета Ватерлоо продемонстрировали способ управления передаваемыми по воздуху электрическими искрами. Представленная технология позволяет направлять искры настолько точно, что они могут огибать препятствия и достигать определённых точек на каком-либо материале, даже если он не обладает электропроводностью.

«Мы наблюдали это явление более года назад, после чего нам потребовались месяцы, чтобы взять его под контроль, и ещё больше времени, чтобы найти объяснение», — сказал Асьер Марзо (Asier Marzo), один из участников исследования.

Хитрость заключается в использовании ультразвуковых волн. Дело в том, что звуковые волны на таких частотах создают давление воздуха, достаточное для обеспечения левитации крошечных объектов. В данном случае волны не стимулируют само электричество, а лишь формируют траекторию его движения. При образовании искры воздух вокруг неё нагревается. Более тёплый воздух расширяется, из-за чего снижается его плотность. Поскольку электричество лучше проходит через воздух с меньшей плотностью, искра движется именно в этом направлении. Ультразвуковые импульсы позволяют перемещать более тёплый воздух с меньшей плотностью, который, в свою очередь, задаёт направление для движения электричества.

Исследователи протестировали технологию с помощью пары ультразвуковых излучателей, окружающих точку, в которой с помощью катушки Теслы генерируется искра. При включении ультразвука искра превращается из древовидной формы в единую линию, которую можно направить в нужную сторону, физически перемещая излучатель или регулируя мощность ультразвука. Учёным удалось направлять искры таким образом, чтобы они попадали на определённые электроды и избегали другие, что помогло обеспечить контролируемое переключение в беспроводных цепях.

«Я в восторге от возможности использования очень слабых искр для создания контролируемых тактильных ощущений в руке и, возможно, создания первой бесконтактной системы Брайля», — заявил один из авторов исследования, Джозу Ирисарри (Josu Irisarri).

Две независимые исследовательские группы сообщили о достижении в области разработки литий-серных аккумуляторов, которое поможет значительно ускорить зарядку и продлить срок их службы. Одна команда сосредоточилась на улучшении катодного материала, а другая разработала инновационный твёрдый электролит.

Источник изображения: DGIST

Как пишет TechSpot, первая работа, проведённая под руководством профессора Чон Сун Ю (Jong-sung Yu) из Корейского института науки и технологий DGIST, сосредоточилась на создании азот-допированного пористого углеродного материала, который улучшает скорость зарядки аккумуляторов. Этот материал, полученный с использованием термического восстановления магнием, служит основой для удержания серы в катоде батареи. Итоговые испытания показали впечатляющий результат — батарея достигла ёмкости 705 мА·ч/г при полной зарядке всего за 12 минут.

Источник изображения: DGIST

Уникальная углеродная структура, сформированная реакцией магния с азотом при высоких температурах, позволила увеличить содержание серы и улучшить контакт с электролитом. Это привело к 1,6-кратному увеличению ёмкости по сравнению с обычными батареями при быстрой зарядке. Кроме того, азотное допирование эффективно подавляло миграцию полисульфидов лития, что помогло сохранить 82 % первоначальной ёмкости даже после 1000 циклов зарядки-разрядки.

Второе исследование, выполненное китайскими и немецкими учёными, касалось разработки твёрдого электролита, который решает проблему медленной химической реакции между ионами лития и элементарной серой. Этот стекловидный материал состоит из бора, серы, лития, фосфора и йода. Ключевой особенностью здесь стало добавление йода, который, благодаря своей способности к быстрому обмену электронами, ускорил реакции в электроде.

Результаты второй группы оказались не менее интересными — аккумулятор, на зарядку которого потребовалось чуть более минуты, сохранил половину своей ёмкости, в то время как аккумулятор с более медленной зарядкой потерял эту ёмкость гораздо быстрее. При средней же скорости зарядки батарея сохранила более 80 % первоначальной ёмкости даже после 25 000 циклов, что по итогам значительно превосходит литийионные аналоги, которые теряют ёмкость уже после 1000 циклов.

В совокупности оба достижения приближают практическое применение литий-серных аккумуляторов и их коммерциализацию. В то время, как исследование китайских и немецких учёных направлено на преобразующий потенциал твёрдых электролитов в повышении долговечности аккумуляторов и скорости зарядки, работа команды DGIST показала перспективность передовых катодных материалов в сценариях быстрой зарядки.

Китай впервые обогнал США по количеству ведущих экспертов в области науки и техники, говорится в докладе, опубликованном китайской компанией Dongbi Data. По итогам пяти лет с 2020 по 2024 год число ведущих учёных в Китае выросло, а в США — сократилось.

Источник изображения: Kelly Chiang / unsplash.com

Согласно докладу Dongbi Data, опубликованному 11 января, в 2020 году в США насчитывалось 36 599 ведущих учёных мирового уровня. Это число ежегодно снижалось и в 2024 году достигло 31 781. За этот период доля Америки в общем числе экспертов сократилась с 33 % до 27 %. Китай, напротив, демонстрировал рост: количество ведущих учёных в стране увеличилось с 18 805 в 2020 году до 32 511 в 2024 году, а доля Китая в мире выросла с 17 % до 28 %. В рамках исследования под «ведущим учёным» понимался исследователь, публиковавший значимые статьи в крупнейших мировых научных журналах. Авторы исследования отобрали 40 000 высокоцитируемых статей, опубликованных с 2020 по 2024 год в 129 ведущих международных академических журналах по различным дисциплинам, собрали информацию об авторах и проанализировали данные.

За последние пять лет расстановка сил в научной среде на мировой арене «претерпела глубокие изменения», отметил учредитель Dongbi Data, профессор факультета менеджмента в Шэньчжэньском университете У Дэншэн (Wu Dengsheng). Китай и США остаются лидерами, но их динамика диаметрально противоположна. Крупнейшей в мире научной организацией оказалась Китайская академия наук, которая насчитывает более 100 институтов по всей стране и 3615 ведущих учёных. Это значительно больше, чем 1683 исследователя в Гарвардском университете и 1208 — в Стэнфордском. В 2022 году Китай внёс почти треть научных статей, опубликованных в наиболее влиятельных международных журналах, впервые обогнав США и став мировым лидером. В последнем выпуске журнала Nature — одного из старейших и самых престижных на Западе — от 8 января почти половина работ принадлежит этническим китайцам.

Dongbi Data также составила «Список лучших научных журналов по всем дисциплинам» (Global Top Journals List Across All Disciplines), претендующий на роль руководства по выбору и ранжированию международных научных изданий. Китайские учёные долгое время пользовались преимущественно западными базами научной литературы, такими как Science Citation Index, отметил господин У. Новый список призван снизить зависимость научного сообщества Китая от международных систем. Кроме того, он может побудить международных исследователей принимать китайские академические публикации. В конечном итоге инициатива способна поддержать научное и технологическое развитие страны.

Данные берутся из публикации Нейроморфные вычислители: прямая дорога к сильному ИИ?

Данные берутся из публикации Жаркий 2025-й: грядущая битва при «двух нанометрах»

Команда учёных из Калифорнийского университета сообщила о прорыве в области нейрокомпьютерных интерфейсов (BCI). Им удалось создать устройство, способное переводить сигналы мозга в текст с беспрецедентной точностью — уровень ошибок составил менее 3 %.

Источник изображения: UC Davis Health / YouTube

В исследовании, которое опубликовано в научном журнале New England Journal of Medicine, принял участие 45-летний американец Кейси Харрелл (Casey Harrell), страдающий боковым амиотрофическим склерозом (БАС), также известным как болезнь Лу Герига (Lou Gehrig, ALS). Болезнь, начавшаяся пять лет назад, лишила Харрелла возможности полноценно общаться. Если средняя скорость речи у здоровых людей составляет около 160 слов в минуту, то Харрелл мог произносить в среднем 6 слов в минуту. Его речь была очень медленной из-за поражения, свойственной этой болезни, функции мотонейронов.

Источник изображения: UC Davis Health / YouTube

Однако, благодаря новой технологии, Харрелл смог восстановить способность к общению. В ходе процедуры ему были имплантированы микроэлектродные матрицы размером 3,2 мм, представляющие из себя систему обработки сигналов, основанную на технологии NeuroPort компании BlackRock Neurotech. Система передаёт сигналы мозга на несколько компьютеров со специальным программным обеспечением Backend for Realtime Asynchronous Neural Decoding (BRAND), которое декодирует нейросигналы в реальном режиме времени, а затем отображает их в виде фраз и предложений на экране монитора.

Источник изображения: UC Davis Health

Уже во время первого сеанса, когда Харрелл пытался произнести предложения из словаря в 50 слов, точность декодирования составила 99,6 %. Во втором сеансе с тем же словарём все предложения были декодированы безошибочно. В дальнейшем словарь был расширен до более чем 125 000 слов, охватывая большую часть разговорного английского языка. После нескольких часов обучения точность декодирования достигла 90,2 %, а в течение следующих месяцев превысила 97,5 %.

Источник изображения: UC Davis Health

Исследование было представлено группой учёных под руководством нейробиолога из Калифорнийского университета в Дэвисе Сергея Стависского (Sergey Stavisky) и нейрохирурга Дэвида Брандмана (David Brandman). Хотя Харрелл стал первым, кто протестировал новый нейропротез и технологию интерфейса, полученные результаты вселяют большие надежды на восстановление коммуникативных способностей у людей с ограниченными возможностями.

«Когда мы впервые протестировали систему, он (Харрелл) заплакал от радости, когда слова, которые он пытался сказать, появились на экране очень быстро. Да мы и все были очень тронуты», — отметил Ставинский.

Данные берутся из публикации Фотомаска, я вас знаю!

Учёные из США открыли химическую реакцию, при помощи которой удалось преобразовать отходы пластика, а именно пенополистирол, в ценный проводящий полимер PEDOT:PSS. Этот полимер показал сопоставимые характеристики с коммерчески доступными аналогами при использовании в органических электронных транзисторах и солнечных элементах.

Источник изображения: National Cancer Institute/Unsplash

Исследователи из Университета Делавэра и Национальной лаборатории Аргонн разработали метод синтеза PEDOT:PSS путём сульфирования полистирола — синтетического пластика, широко используемого в одноразовых контейнерах и упаковочных материалах. По сообщению EurekAlert, исследование, опубликованное в журнале JACS Au, демонстрирует успешное внедрение переработанных пластиковых отходов в конечном итоге в функциональные электронные устройства, включая гибридные кремниевые солнечные элементы и органические электрохимические транзисторы (ОЭТ).

Сульфирование — это распространённая химическая реакция, при которой атом водорода замещается сульфоновой кислотой. Этот процесс является частью технологии при производстве красителей, лекарств и ионообменных смол (иониты), представляющих из себя синтетические полимеры. Химические реакции могут быть как «жёсткими» (с более высокой конечной эффективностью, но требующими едких реагентов), так и «мягкими» (менее эффективные, но использующие более мягкие реагенты). Учёные хотели найти нечто среднее: «Нам нужен был реагент, который достаточно эффективен для получения действительно высокой степени функционализации, но при этом не портил бы полимерную цепь», — поясняет руководитель исследования Лора Кейзер (Laure Kayser).

Источник изображения: Evan Krape / University of Delaware

Однако ключевым достижением стала разработка именно «мягкого» метода сульфирования, который обеспечил высокую степень функционализации полимера без разрушения его цепи. Доктор Келси Кутсукосп (Kelsey Koutsoukos) отметил, что команда провела месяцы экспериментов, чтобы найти оптимальные условия реакции.

«Мы проверили различные органические растворители, различные молярные соотношения сульфирующего агента, оценили различные температуры и время, чтобы увидеть, какие условия являются наилучшими для достижения высокой степени сульфирования», — сказал он.

В итоге удалось найти условия реакции, которые приводили к высокому сульфированию полимера, минимальным дефектам и высокой эффективности, и всё это при использовании мягкого сульфирующего агента. Также была обнаружена возможность точного контроля степени всего процесса, что открывает перспективы для применения в различных областях, включая топливные элементы и устройства для фильтрации воды.

Исследователи подчёркивают, что их работа может значительно способствовать глобальным усилиям по устойчивому развитию, предлагая новый способ переработки отходов в ценные материалы. Один из главных авторов работы, аспирант Чун-Юань Ло (Chun-Yuan Lo), отметил: «Многие учёные работают над проблемой утилизации и переработки использованного сырья, и наше исследование является ещё одним примером того, как можно решить эту задачу». Полученный из отходов полимер сравнили с коммерчески доступным PEDOT:PSS. Производительность обоих типов оказалась идентична.

Данные берутся из публикации Фотонные кристаллы: нелинейность нам поможет

Компания OpenAI объявила о сотрудничестве с Лос-Аламосской национальной лабораторией (США), где была разработана первая в мире атомная бомба, для изучения возможностей и рисков применения систем искусственного интеллекта в научных исследованиях.

Источник изображения: Growtika / unsplash.com

Компания при поддержке крупного научного учреждения намеревается оценить, какую помощь её последняя модель ИИ GPT-4o сможет оказать учёным в исследованиях и разрешении сложностей — для OpenAI это первый партнёрский проект такого рода. Среди прочего, компания намеревается оценить и эффективность входящего в GPT-4o голосового помощника, который пока недоступен общественности. Недавно OpenAI также заявила о сотрудничестве с компаниями Moderna и Color Health — она намеревается показать возможности ИИ в здравоохранении и биотехнологиях. Ранее её коллеги, включая подразделение Google DeepMind, изучали, как ИИ может помочь в создании новых препаратов.

Интенсивное развитие ИИ вызывает у общественности, политиков и работников отрасли опасения, что эти технологии могут использоваться злоумышленниками. «Потенциал роста возможностей ИИ бесконечен. Однако измерение и понимание любых возможных опасностей или неправильного применения передового ИИ, связанных с биологическими угрозами, остаются в значительной степени неизученными. Эта работа с OpenAI — важный шаг к установке рамок оценки текущих и будущих моделей», — прокомментировал проект научный сотрудник из Лос-Аламоса Эрик Лебрун (Erick LeBrun).

Учёные Объединённого института лабораторной астрофизики (JILA, США) построили самые точные на сегодняшний день атомные часы — если запустить их на время, вдвое превышающее текущий возраст Вселенной, они собьются лишь на одну секунду. Это поможет улучшить навигационные сервисы и помочь в исследовании вызванных гравитацией искажений в течении времени на малых расстояниях.

Источник изображения: nist.gov

Принцип работы атомных часов основан на подсчёте колебаний атомов — это крайне предсказуемые события. Например, атомы цезия-133 совершают 9 192 631 770 колебаний в секунду, и с 1967 года это используется для официального определения секунды. Атомные часы на основе этого элемента сбиваются на одну секунду за 300 млн лет.

Учёные JILA построили атомные часы, которые намного точнее. Проект основан на нескольких разработках, которые исследователи создали за последние годы. В приборе используются атомы не цезия, а стронция, которые колеблются 429 трлн раз в секунду; а измерения производятся при помощи не микроволн, а видимого света, волна которого имеет более высокую частоту.

Десятки тысяч атомов стронция заключаются в мягкую «световую решётку», которая помогает значительно повысить точность атомных часов, потому что отсутствуют два источника ошибок: влияние лазерного излучения и столкновения атомов друг с другом. В результате точность прибора составляет 8,1 единицы к 10 квинтиллионам. Другими словами, такие часы дадут сбой на одну секунду, проработав 30 миллиардов лет — это более чем вдвое превосходит текущий возраст Вселенной.

Такая высокая точность поможет, например, улучшить работу систем связи и спутниковой навигации. Она окажется полезной и в физических исследованиях: гравитация способна искажать скорость течения времени, и данный прибор способен отметить эту разницу на расстоянии толщиной с один волос.

Компания Endiatx начала клинические испытания роботизированной капсулы PillBot, которая позволит врачам удалённо обследовать ЖКТ пациента. Человек может пройти обследование, не посещая больницу, находясь в комфортной домашней обстановке.

Источник изображения: Endiatx/New Atlas

PillBot представляет собой таблетку-робота, которая, поступив в желудок человека путём проглатывания, выступает в качестве виртуального эндоскопа. Это позволяет гастроэнтерологу провести исследование желудочно-кишечного тракта с помощью видеоконференции всего лишь по звонку телефона, не требуя от пациента посещения больницы или анестезии, пишет издание New Atlas.

В будущем компания планирует расширить функциональность PillBot, добавив инструменты для удаления полипов, остановки кровотечений, отбора проб микробиома и сбора образцов биопсии. Интересно, что дорожная карта по разработке этого инновационного продукта предполагает также создание серии роботов-хирургов всё меньшего размера и всё более широкого спектра применения для использования внутри организма человека.

Преимущества этой технологии заключаются в возможности немедленной диагностики в любом месте с минимальной инвазивностью (травмированием). Однако компания уже сейчас заявляет, что обязательно настанет тот час, когда армия роботов размером всего с рисовое зёрнышко сможет оперировать, пока человек выполняет свою обычную повседневную работу. Очевидно, клинические испытания PillBot — это только первый шаг на пути к созданию дистанционной диагностики и лечения, которые станут новым стандартом, отмечает New Atlas.

Отмечается, что данная технология, разработанная Endiatx, может быть применена и в других сферах, а не только в медицине. Например, для внутреннего осмотра трубопроводов, в том числе расположенных под водой, и других труднодоступных мест.