Физики в России впервые использовали отечественный 12-кубитный квантовый компьютер на базе сверхпроводников для проведения расчётов, связанных с нейросетями и машинным обучением, сообщает ТАСС. Платформа показала высокую скорость работы и способность к обучению, что в перспективе найдёт широкое применение.

Одна из ранних версий российского процессора на сверхпроводящих кубитах. Источник изображений: НИТУ МИСИС

«Учёные запустили первый в России 12-кубитный квантовый процессор для квантового машинного обучения на основе сверхпроводников. Сейчас на нём тестируются алгоритмы обучения для квантовой нейросети, которая может определять сорт вина по его химическому составу и диагностировать рак молочной железы», — сказано в пресс-релизе МФТИ.

Разработанный и созданный в МФТИ процессор, очевидно, на трансмониевых сверхпроводящих кубитах, подобно квантовым процессорам IBM и Google, может похвастаться характеристиками мирового уровня — средним временем жизни кубита порядка 14 мкс и средним временем одной квантовой операции на уровне 50 нс. Учёные из МФТИ быстро наращивают число работающих кубитов в своей платформе, за два–три года пройдя путь от двухкубитовых к 12-кубитовым схемам, и планируют в ближайшее время собрать 16-кубитовый вычислитель с прицелом на дальнейший рост.

Важной особенностью новой системы также стал переход на двухмерную компоновку кубитов, тогда как раньше они располагались в одной плоскости, что необходимо для дальнейшего масштабирования платформы.

«Это большой шаг вперед для нашей лаборатории и для всего научного сообщества, занимающегося квантовыми исследованиями в России. Работа демонстрирует не только нашу способность показывать новые результаты на мировом уровне, но обещает и значительный прогресс в практическом применении квантовых технологий, так как мы всегда стремимся тестировать наши устройства на реальных задачах», — добавил профессор МФТИ Олег Астафьев.

Разработка в России квантовых компьютеров на сверхпроводящих кубитах — это только часть обширной программы исследований новых квантовых технологий. Согласно утверждённому плану развития квантовых платформ в стране, предложенному госкорпорацией «Росатом» и принятому к реализации с 2019 года, российские учёные работают также с кубитами на ионах, холодных нейтральных атомах и фотонах в добавок к хорошо изученным за прошедшие годы сверхпроводящим кубитам.

Компрессорное охлаждение с использованием хладагентов верой и правдой служит людям около 170 лет. У него есть свои плюсы и минусы. Также очевидно, что мир нуждается в новых технологиях охлаждения, что важно в условиях климатических изменений и с позиций развития промышленности и технологий. Современные холодильные установки, как минимум, имеют все шансы стать гибридными, сочетая классический подход и ряд новых.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Одним из новых направлений в охлаждении наряду с термоэлектрическими преобразователями является охлаждение с помощью магнитных материалов. Учёные открыли несколько новых типов магнитных материалов, подходящих для магнитного охлаждения, однако их количество остаётся ограниченным. Тем более ценным можно считать открытие учёными из Института физики имени Х. И. Амирханова Дагестанского федерального исследовательского центра РАН (Махачкала) сплава на основе никеля, марганца, олова и небольшого количества меди, который доказал способность изменять свою температуру под действием магнитного поля.

Разрабатываемый сплав при разовом включении/выключении магнитного поля практически необратимо охлаждался на 13 °С, о чём авторы исследования рассказали в статье в журнале Applied Physics Letters. В ходе испытаний учёные использовали диапазон температур от -25 °C до +50 °C, в котором исследуемый сплав демонстрировал наибольшее изменение магнитных свойств. Оказалось, что намагниченность сплава резко изменялась в диапазоне температур от -20 °C до 10 °C, что свидетельствовало о значительных изменениях температуры сплава при воздействии магнитного поля.

Максимальное снижение температуры образцов под воздействием исключительно магнитного поля составило 13,15 °C. Такой эффект наблюдался при помещении в импульсное магнитное поле образца, охлаждённого до температуры 1,85 °С. Образец был изолирован от окружающей среды и не мог обмениваться с ней теплом. Когда магнитное поле отключали, сплав сохранял низкую температуру (около -11 °С).

«Предложенный метод позволяет охлаждать объекты на 13 °C всего за 0,1 секунды. Для сравнения, чтобы охладить холодильник, работающий на основе газовых хладагентов, на 1,8 °C, в среднем требуется одна минута. Поэтому магнитное охлаждение показывает более эффективные результаты. Полученные данные будут полезны при разработке гибридных систем охлаждения, например бытовых холодильников», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Адлер Гамзатов, ведущий научный сотрудник Института физики имени Х. И. Амирханова Дагестанского федерального исследовательского центра РАН.

Диаграмма, демонстрирующая гибридный цикл магнитного охлаждения сплава. Источник изображения:: Адлер Гамзатов

Но магнитное охлаждение способно на большее. С его помощью можно охлаждать материалы до температур близких к абсолютному нулю. Это лишь вопрос эффективности и энергетических затрат. Но зато никакого фреона и прочих газов, от которых страдает экология планеты и, в конце концов, люди.

Считается, что в обычных световых импульсах напряженность электромагнитного поля меняется со временем по синусоиде. Другие формы поля считались невозможными, пока недавно российские физики не предложили теоретический подход, меняющий правила игры. Открытие позволит формировать световые импульсы треугольной или прямоугольной формы, что привнесёт много нового в работу схем квантовых компьютеров.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Как установили исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета и Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург), изменить форму напряжённости электромагнитного поля в оптическом диапазоне можно с помощью неравномерного распределения плотности в среде, через которую пропускают импульсы сверхкороткой длительности в несколько фемтосекунд. Чем больше форм и разновидностей оптических импульсов получится создавать, тем более точным будет управление кубитами, например, в виде атомов и даже электронов.

Авторы работы теоретически смоделировали прохождение двух последовательных сверхкоротких оптических импульсов через газообразный натрий. Первичные импульсы были классической дугообразной формы, соответствующей половине периода обычной электромагнитной волны. По условиям моделирования импульсы проходили в среде путь длиной 5 мкм. Первый из импульсов передавал возбуждение атомам натрия, запуская их колебания, а второй останавливал их. Этот процесс вызывал отклик электромагнитного поля в виде двух пиков и с этим уже можно работать.

Исследователи предложили таким образом изменить плотность среды, чтобы плотность размещения атомов натрия менялась от малой к большой, затем шло плато, после чего плотность снова снижалась. Таким образом изменение плотности напоминало трапецию. После этого модель стала выдавать импульсы света строго прямоугольной формы. Меняя переход плотности среды на участках подъёма и спада с линейной на параболическую, учёные заставляли импульсы принимать треугольную форму.

Импульсы прямоугольной и треугольной формы. Источник изображения: Ростислав Архипов

«Мы теоретически показали, что, меняя распределение плотности в среде, через которую проходит оптический импульс, можно управлять его формой. Далее предстоит экспериментально проверить наши выводы. В дальнейшем мы планируем исследовать, как оптические импульсы разной формы будут влиять на состояние квантовых систем, которые лежат в основе квантовых компьютеров», — рассказал руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ростислав Архипов, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник физического факультета СПбГУ.

Добавим, работа по исследованию была опубликована в журнале Optics Letters.

Примерно год назад группа китайских учёных опубликовала статью, в которой сообщила о скорой смерти широко используемого метода RSA-шифрования с открытым ключом. На небольшом квантовом компьютере они показали, что взломать RSA можно с использованием меньшего числа кубитов, чем длина ключа. В этом таилась колоссальная угроза безопасности критически важным данным, что нужно было изучить. Всё оказалось не так просто.

Источник изображения: НИТУ МИСИС

Анализом работы китайских коллег занялась группа учёных Университета МИСИС, РКЦ и «Сбера». Считается, что большинство используемых в настоящее время криптосистем с открытым ключом защищены от атак через обычные компьютеры, но могут быть уязвимы для квантовых платформ. Поскольку компания IBM уже представила 433-кубитовый квантовый процессор Osprey, то ключ RSA-2048 теоретически может быть взломан в любой момент. В работе китайских специалистов доказывалось, что для этого хватит 372 кубитов, а не 20 млн, как считалось ранее.

Китайские исследователи использовали 10-кубитную платформу для разложения на простые множители (факторизацию) 48-битового ключа.

«Основываясь на классическом методе факторизации Шнорра, авторы используют квантовое ускорение для решения задачи поиска короткого вектора в решётке (SVP, shortest vector problem) небольшой размерности — что позволило им сделать сенсационное заявление о том, что для факторизации, т.е. разложения большого числа на множители, требуется меньше кубитов, чем его длина, а также квантовые схемы меньшей глубины, чем считалось ранее», — поясняют в пресс-релизе представители НИТУ МИСИС.

Российские исследователи пришли к выводу, что алгоритм коллег нерабочий из-за «подводных камней» в классической части и сложности реализации квантовой.

«Метод Шнорра не имеет точной оценки сложности. Основная трудность заключается не в решении одной кратчайшей векторной задачи, а в правильном подборе и решении множества таких задач. Из этого следует, что этот способ, вероятно, не подходит для чисел RSA таких размеров, которые используются в современной криптографии», — сказал Алексей Федоров, директор Института физики и квантовой инженерии НИТУ МИСИС, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» РКЦ.

Предложенный китайскими учёными метод даёт только приближённое решение задачи, которое можно легко получить для небольших чисел и маленьких решёток, но практически невозможно для реальных длинных ключей, что российские учёные подробно объяснили в статье в журнале IEEE Access (ссылка на arxiv.org).

В то же время российские учёные рекомендуют не расслабляться, а готовиться к постквантовой криптографии. Появляются новые платформы и новые алгоритмы, и в один не очень прекрасный день окажется, что надёжные ещё вчера RSA-ключи вдруг перестали защищать ваши данные.

Директор ИЯФ, академик РАН Павел Логачев, сообщил, что специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (Новосибирск) планируют за три года восстановить технологический накопительный комплекс (ТНК) в Зеленограде. ТНК был построен к 1991 году, но в связи с распадом СССР не был запущен в работу. Фактически, это ускоритель частиц, энергию которых можно использовать для полупроводниковой литографии.

ИИ-генерация по запросу «российский синхротрон». Источник изображения: Кандинский 3.0/3DNews

«Технологический накопительный комплекс будет востребован для разработки отечественной технологической цепочки производства микроэлектроники. Это будет основной инструмент, который позволит создавать, испытывать и отлаживать технологию так называемых литографов, которые делает, фактически, одна компания в мире. Нашим заказчиком является Курчатовский институт, и мы очень тесно работаем с их командой над этой большой и важной для страны задачей», — сказал Логачев.

Академик имеет в виду литографические сканеры, производимые нидерландской компанией ASML. Установки ASML достаточно компактные, чтобы их можно было перевозить в любой уголок мира на завод для выпуска чипов. Чтобы создать отечественный литограф, нужен инструмент для разработки его элементов, их проверки и испытаний. Таким инструментом и может стать синхротрон. ТНК — это и есть синхротронная установка, которую строили в Зеленограде для последующего использования в производстве чипов.

Очевидно, что восстановить комплекс будет быстрее и проще, чем создать заново. Физики обещают восстановить работу установки за три года, и обойдётся это в 500 млн руб., вместо 10 млрд, если бы всё пришлось строить с нуля. Параллельно будут разрабатываться литографы, их разработчики смогут получать излучение от синхротрона. Ускоритель будет оставаться самостоятельным промышленным объектом, а такой проект плохо поддаётся как масштабированию, так и тиражированию. Но так как данная система будет ориентирована в лучшем случае на мелкосерийное производство критически важных компонентов литографов, вопрос рентабельности привязанного к ускорителю производства стоит на втором месте.

Кстати, с учётом синхротронного излучения в России начали разрабатывать безмасочные технологии полупроводниковой литографии. Маски — это отдельная и больная тема. Для мелкосерийного производства безмасочная технология станет настоящим спасением. Технология вполне может быть готова к запуску литографов через пять лет. Сегодня корпус с ТНК принадлежит Курчатовскому институту. Расположен корпус рядом с заводом «Микрон» в Зеленограде.

Вторым по стоимости прибором после литографа в технологиях микроэлектроники является имплантер. Это два самых высокотехнологичных устройства во всех технологических цепочках изготовления микросхем. Работы на этом направлении ведутся совместно с НИИ точного машиностроения (Зеленоград). В частности, новосибирские физики разрабатывают ускорительную часть для имплантора. С его помощью пластины будут насыщаться ионами и приобретать необходимые свойства, требуемые для работы микросхем.

«Здесь тоже за три года мы сделаем опытный образец машины на средние энергии и на высокие энергии, и, таким образом, совместно с НИИ точного машиностроения постараемся эту позицию закрыть в [отечественной] технологической цепочке», — добавил академик.

Дополнено:

Стоит добавить, что летом 2019 года президент России подписал указ №356 о мерах по развитию синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры, в котором помимо прочего были обозначены сроки создания новых научных установок в этой сфере, пишет «Зеленоград.ру». Правительству России было поручено к 2022 году обеспечить проектирование синхротронного центра на острове Русский (Владивосток) и здания для переноса в него конструктивных блоков и агрегатов источника синхротронного излучения «Зеленоград». По состоянию на 2022 год были озвучены планы по строительству необходимой инфраструктуры для установки синхротрона. Проект планируется завершить к 2026 году. На данный момент неизвестно, начался ли перенос частей зеленоградского синхротрона на другой конец России и на какой стадии находится проект.

На всероссийской конференции «Ультрафиолетовая Вселенная — 2023», проводимой в честь празднования 300-летия Российской академии наук, было заявлено о полном импортозамещении иностранных приборов в комплексе научной аппаратуры космической обсерватории «Спектр-УФ». Обсерватория позволит делать снимки космоса в недоступном для наблюдения с Земли ультрафиолетовом диапазоне. Это будет единственный подобный инструмент до середины 30-х годов.

Макет обсерватории «Спектр-УФ». Источник изображения: Wikipedia

«В научной аппаратуре у нас острой проблемой были приёмники излучения. С приёмниками излучения мы решили вопрос, заместив предполагавшиеся ранее английско-испанские детекторы в блоке камер поля на российские», — приводит заявление директора ИНАСАН Михаила Сачкова информагентство ТАСС.

Означенные приёмники предназначены для построения высококачественных изображений в ультрафиолетовом и оптическом участках спектра. Поставка приёмников была затянута на годы, что произошло по целому ряду причин, включая пандемию COVID-19.

На сегодняшний день для развития проекта «Спектр-УФ» или, по крайней мере, для всего, что касается комплекса научной аппаратуры обсерватории, никаких препятствий — технологических или организационных — не осталось. Вопросы импортозамещения и импортонезависимости были последними, теперь они успешно решены.

«Ритмичное финансирование позволит изготовить комплекс научной аппаратуры к 2028–2029 году», — сообщает ТАСС информацию из презентации к выступлению директора ИНАСАН на конференции. Исходя из этих данных, можно рассчитывать, что обсерватория «Спектр-УФ» будет запущена до 2030 года.

Первоначально основным партнером по проекту изготовления комплекта научной аппаратуры была Испания в лице компании SENER. Поставка приборов была запланирована на август 2020 года, но несколько раз откладывалась. В итоге специалисты РАН были вынуждены самостоятельно разрабатывать нужное оборудование, с чем они успешно справились, как следует из доклада.

На пленарном заседании форума «Технопром» вице-президент НИЦ «Курчатовский институт» Александр Благов сообщил о проведении энергетических испытаний модернизированного токамака Т-15МД. Это первая построенная за 20 лет установка такого рода в России. Первая плазма на токамаке получена весной этого года, после чего началось постепенное увеличение мощности установки.

Модернизированная термоядерная установка токамак Т-15МД. Источник изображения: Юлия Бубнова/ТАСС

В чистом виде токамак Т-15МД не может считаться термоядерным реактором. По крайней мере, от него не будут требовать производства энергии. Установка проектировалась и создавалась как мощный термоядерный источник нейтронов. При этом Т-15МД обладает уникальным сочетанием компактности и мощности, что позволит отрабатывать на установке технологии, которые потом найдут применение в масштабных термоядерных проектах. В частности, Т-15МД входит в структуру международного термоядерного проекта ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor) и поможет запустить одноимённый реактор в работу, проверяя те или иные аспекты поведения установки и испытывая новое оборудование и материалы.

Физический пуск токамака Т-15МД состоялся в мае 2021 года при участии премьер-министра РФ Михаила Мишустина. Первая плазма на нём, как сообщалось выше, получена весной этого года.

«Сейчас мы его (токамак) дооснастили дополнительными системами нагрева и уже провели первые испытания по энергетическому пуску этой установки. Это очень важное событие с точки зрения развития термоядерный энергетики в нашей стране», — сказал Благов, которого цитирует ТАСС.

Работы по дооснащению токамака продолжаются. В конечном итоге он будет выведен на уровень, необходимый для получения результатов высокого международного значения. Работы по проекту ведёт Курчатовский институт. Конкретно реакторные технологии будут разрабатываться на другой установке — на токамаке с реакторными технологиями, который начали строить на базе Троицкого института инновационных термоядерных исследований. Он должен быть готов к 2030 году.

На полях саммита «Россия–Африка» гендиректор госкорпорации «Энергия» Юрий Борисов сообщил, что эскизный проект Российской орбитальной станции (РОС) передан в головную научно-исследовательскую организацию «Роскосмоса» на экспертизу. Защита проекта состоится в августе. Начало создания станции ожидается в следующем году.

Источник изображений: «Роскосмос»

Ранее представители компании сообщали, что эскиз станции будет готов до конца лета. Тем самым «Энергия» придерживается графика проектных работ. Фактически от начала конструкторских разработок до окончания строительства станции пройдёт ровно десять лет. Ожидается, что станция будет полностью готова к 2032 году.

По словам главного конструктора РОС Владимира Кожевникова, срок запуска первого (научно-энергетического) модуля станции запланирован конец 2027 года. Этот модуль уже изготовлен, но требует доработки, поскольку создавался для нужд МКС, но так и не будет введён в эксплуатацию в связи с запланированным скорым завершением эксплуатации Международной космической станции. Затем в космос будут отправлены стыковочный и шлюзовые модули, а также специализированные модули, что позволит завершить сборку российской станции к 2032 году.

Предприятие Госкорпорации «Росатом» — АО «НИКИЭТ» — изготовило первую серийную партию высокотехнологичных компонентов для международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР), строящегося на юге Франции. На базе компонентов российского производства будут изготовлены самые теплонагруженные передние стенки бланкета реактора — первой линии защиты реактора и внутрикамерного оборудования от контакта с плазмой.

Несущая конструкция панелей первой стенки бланкета ИТЭР. Источник изображения: АО «НИКИЭТ»

Россия должна изготовить 40 % передних стенок бланкета — это 179 изделий. Со стороны плазмы они покрыты бериллием, а под его защитой будет железоводный блок охлаждения с невероятной производительностью — до 100 кг теплоносителя в секунду. Передние стенки бланкета изготавливают АО «НИКИЭТ» и АО «НИИЭФА». Каждая такая стенка должна выдерживать нагрузку до 4,7 МВт на м². Это сменная деталь реактора, которая будет заменяться по мере износа, что продлит эксплуатацию реакторной камеры до 25 лет или дольше вместо 5 лет, если бы эти модули были несъёмными. Заменять блоки бланкета будет роботизированная система.

Основу передней стенки бланкета составляет несущая конструкция панелей первой стенки (НКПС) бланкета. АО «НИКИЭТ» сообщило об изготовлении первых серийных изделий НКПС. Всего до конца года будет изготовлено 20 таких компонентов. На базе НКПС собирается передняя стенка из защитных панелей, тепловых экранов и системы протока теплоносителя. Эти элементы будут испытывать в термоядерном реакторе колоссальные нагрузки по целому ряду воздействий — от радиационных до химических и тепловых, что требует высочайшей точности изготовления и соблюдения чистоты материалов.

«НИКИЭТ обладает значительными компетенциями и является одним из ключевых производителей компонентов для ИТЭР. Серийное производство изделий осуществляется на собственных производственных участках с применением высокотехнологичного оборудования, что гарантирует их высокое качество и соответствие всем установленным международным стандартам. До конца текущего года планируется завершить первый этап производства компонентов для 20 НКПС», — отметил заместитель главного конструктора по ядерно-физическим системам ИТЭР, начальник отдела разработки бланкетов и систем преобразования энергии для термоядерных реакторов АО «НИКИЭТ» Максим Николаевич Свириденко.

Передняя стенка бланкета, блок охлаждения и модуль бланкета в сборе, а также схема размещения модулей бланкета в реакторе

Разработка, изготовление и отправка уникального отечественного оборудования осуществляется в строгом соответствии с графиком сооружения экспериментального термоядерного реактора. Основной вклад Российской Федерации заключается в разработке, изготовлении и поставке 25 систем будущей установки. Но в какие сроки будет получена первая плазма в реакторе, сегодня можно только догадываться. Вместо продолжения сборки реактора его начали разбирать и ремонтировать.

На конференции TopFuel 2023 в китайском городе Сиане российские специалисты представили топливную сборку для легководных реакторов западного дизайна PWR. В Китае таких реакторов большинство и Россия, как минимум, может стать поставщиком в Поднебесную не просто сырья (урана), а топливных сборок — готовой высокотехнологичной продукции, которой на самом деле нет аналогов с перспективой стать поставщиком едва ли ни для любого реактора в мире.

Источник изображения: «Росатом»

По данным «Росатома», сегодня каждый шестой энергетический реактор в мире работает на топливе российского производства. С 90-х годов прошлого века компания Westinghouse начала предпринимать попытки создать собственный аналог топлива для реакторов советского и, позже, российского дизайна. Сразу зайти со стороны европейского рынка не получилось из-за ненадлежащих рабочих характеристик американского топлива, но прогресс был достигнут на Украине и сегодня, с учётом украинского опыта и благодаря санкционному отсечению России от ЕС, компания Westinghouse начала активно заключать контракты на поставку топливных сборок для АЭС на базе российских проектов в Европе.

«Росатом», со своей стороны, тоже создал основу для поставки топливных сборок для реакторов Westinghouse и подобных. Основным преимуществом российского топлива «западного образца» считается полная независимость цепочек поставок. Процесс от начала до конца проводится в России с соблюдением всех технологических требований. Но и это не всё. Представленные российскими разработчиками топливные сборки имеют усовершенствования, которые позволяют топливу «гореть» дольше и с большей эффективностью.

Иными словами, российская альтернатива позволяет реже проводить процедуру загрузки реактора и открывает возможность работать под усиленными нагрузками. Тем самым эти сборки позволяют вырабатывать более дешёвое электричество, что ещё сильнее подчёркивает статус атомной энергетики, как «зелёной».

Сборки западного образца создаются на базе топлива российского дизайна ТВС-Квадрат (TVSK). Производство сборок топлива «ТВС-Квадрат» развёрнуто на Новосибирском заводе химконцентратов (ПАО «НЗХК», предприятие Топливной компании Росатома «ТВЭЛ»). Сборки прошли полный цикл испытаний в 2020 году в реакторе PWR-900 на энергоблоке № 3 АЭС «Рингхальс» в Швеции. После отработки их направили на независимую экспертизу в научный центр Studsvik в Швеции для проведения послереакторных исследований. Осенью 2021 года центр дал положительную оценку образцам. К сборкам российского производства, отработавшим на «западном» реакторе, не было никаких претензий.

«Топливо TVSK даёт операторам АЭС уникальные преимущества: повышение производственных показателей энергоблоков на базе апробированных решений, повышение эксплуатационной безопасности — и всё это вместе с повышением устойчивости цепочек поставок топлива благодаря полностью независимым техническим решениям Росатома», — подчеркнул руководитель проекта группы программы ТВС-Квадрат АО «ТВЭЛ» Илья Ушмаров.

На днях на Форуме будущих технологий физики из ФИАН вместе с коллегами из Российского квантового центра представили 16-кубитный квантовый компьютер на ионах иттербия. Примерно за минуту компьютер выполнил моделирование молекулы гидрида лития, на что обычному компьютеру потребовалось бы гораздо больше времени.

Квантовый компьютер на ионах. Источник изображения: Фонд НТИ

«У нас всё получилось, — подвел итог вычислениям руководитель «Росатома» Алексей Лихачев, который доверил удалённо запустить вычисления президенту России Владимиру Путину. — Это практическая задача».

Гидрид лития — это неорганическое соединение, которое применяется, в частности, в атомной энергетике, как пояснили в агентстве ТАСС, которое осветило событие.

Согласно плану развития квантовых технологий в России, государство выделило порядка 100 млрд рублей на создание 100-кубитового квантового компьютера к 2025 году. Российские учёные сделали ставку на кубиты из ионов, которые демонстрируют большее время когерентности и, следовательно, дают больше шансов на успешное завершение квантовых алгоритмов с меньшим уровнем ошибок.

Прототип четырёхкубитового компьютера на ионах был представлен в 2021 году. Затем учёные расширили платформу до использования кудитов вместо кубитов — это сродни увеличению разрядности каждого кубита, что позволяет наращивать производительность без увеличения числа физических кубитов. В этом году система разрослась до 16 кубитов. В следующем году учёные обещают представить 20-кубитовый процессор. Возможно в 2025 году 100-кубитовая система и не появится, но если в ход пойдёт увеличение разрядности через кудиты, то план развития квантовых технологий в России вполне может быть выполнен и даже перевыполнен.

В Курчатовском институте создали новый класс материалов на базе кремния и германия, который может стать базой для создания устройств наноэлектроники и спинтроники. Это слоистые структуры из атомарно тонких плёнок наподобие графена, только из кремния и германия. Причём производство из этих материалов можно наладить с использованием существующей промышленной инфраструктуры и установок.

Источник изображения: Курчатовский институт

Свойства новых материалов зависят от количества монослоёв. Производство слоистых структур стало возможным благодаря разработке оригинального метода синтеза с использованием прекурсоров на основе силицена и германена (это кремниевые и германиевые плёнки толщиной в один атом кремния и германия соответственно). Материалы показали широкий спектр свойств от магнетизма с высокой подвижностью носителей заряда до сверхпроводимости.

Традиционный кремний, очевидно, подходит к своему технологическому пределу в микроэлектронике. Вместо управления токами в игру вступают квантовые эффекты, например, туннелирование электронов, что делает работу измельчавших транзисторов непредсказуемой. Для дальнейшего развития отрасли нужны новые материалы и крайне хотелось бы сохранить при этом производственную базу как можно в большем объёме. Использование в основе новых материалов привычных кремния и германия обещает как первое, так и второе.

Интеграция слоистых структур с полупроводниковой платформой обеспечивается при использовании в качестве реагентов кремниевых и германиевых подложек, а в качестве прекурсора в первом случае применяется силицен, а во втором — германен.

«Наш подход позволил создать целые классы новых материалов, обладающих различными функциональными свойствами», — сообщил руководитель проекта, ведущий научный сотрудник лаборатории новых элементов наноэлектроники Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий Андрей Токмачёв.

В частности, тонкоплёночный материал SrAlSi на кремниевой подложке демонстрирует сверхпроводящие свойства даже при толщине в несколько монослоёв. Транспортные и магнитные измерения позволили обнаружить переход от трёхмерной сверхпроводимости к двумерной. Материалы EuAl₂Ge₂ и SrAl₂Ge₂ интересны в первую очередь высокой подвижностью носителей заряда. Подчеркнём, что до недавнего времени высокая подвижность носителей и магнетизм считались взаимоисключающими свойствами, но слоистая структура EuAl₂Ge₂ обеспечила возможность для их совмещения в одном материале.

«На наш взгляд, сверхпроводимость и магнетизм этих материалов позволяют существенно расширить возможности при создании устройств наноэлектроники», — прокомментировал это открытие Андрей Токмачёв.

Добавим, статьи по результатам работы учёных удостоились публикаций в высокорейтинговых научных журналах Small и Journal of Materials Science & Technology.

Размеры транзисторов подходят к своему пределу, за которым начинают действовать законы квантового мира. Поэтому с большой вероятностью компьютеры недалёкого будущего будут работать на оптических сигналах. Это будущее пока выглядит неопределенно, как и нет до конца понимания какие материалы, как и для чего нужно использовать. Группа российских физиков дала свой ответ на эти вопросы, для чего подробно изучила нановолокна из фосфида галлия.

Источник изображения: Pixabay

Физики лаборатории функциональных наноматериалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, их коллеги из Алферовского университета, ВШЭ, ИТМО, СПбГУ, Политехнического университета (все — Санкт-Петербург) и Ереванского государственного университета создавали на подложке нановолокна из фосфида галлия, меняя их диаметр и геометрию, после чего изучали оптические и спектральные характеристики образцов.

Алексей Большаков, заведующий лабораторией функциональных наноматериалов МФТИ, рассказал: «Мы показываем, что, используя нитиевидные нанокристаллы, можно делать волноводы размером 100 нанометров — это важный шаг по снижению размеров оптических элементов. Меняя геометрию кристаллов, можно фильтровать свет, который передает волновод, а варьируя их химический состав, можно создавать и наноразмерные источники света для систем на чипе».

Работа учёных была опубликована в научном журнале Small. Главной её ценностью стала демонстрация возможности создавать логические элементы из нановолокон фосфида галлия. Наряду с великолепными оптическими свойствами, этот материал доказал свою эластичность на наноуровне. Так, нанопровода можно было изгибать без возникновения дефектов и они не теряли своих оптических характеристик. Придавая нановолокнам необходимую геометрическую конфигурацию, из них можно создавать не только простейшие волноводы, но также фильтры, резонаторы и другие сложные оптические элементы микросхем.

Алексей Большаков поделился планами: «Мы экспериментально показали и теоретически объяснили, какие размеры должен иметь волновод из фосфида галлия, чтобы поддерживать передачу света. Далее направим усилия на изготовление более сложных оптических элементов: фильтров, интерферометров. Мы можем спектрально разделять оптические сигналы, используя схемы из нескольких наноструктур, что важно для создания логических элементов. Также мы создаем из других материалов волноводы, которые будут работать на других длинах волн света».

Холдинг «Росэлектроника» Госкорпорации «Ростех» разработал серию беспроводных маршрутизаторов «Стрибог», которые способны заменить импортные аналоги. Одна из моделей включает встроенный мини-компьютер, а другая содержит восемь слотов для SIM-карт. Первый вариант найдёт применение дома и в офисе, а второй — в местах с ограниченной или полностью отсутствующей наземной инфраструктурой для передачи данных.

Источник изображения: «Ростех»

Вариант роутера с компьютером вооружён процессором, оперативной памятью и встроенным накопителем. Он подключается к монитору и работает как единый модуль и при этом обладает возможностями маршрутизатора. Установка дополнительного программного обеспечения превращает устройство в ТВ-приставку, работа с которой будет удобна благодаря предусмотренному в устройстве ИК-порту.

Другая модель оснащена восемью слотами для SIM-карт. Это позволяет подключаться к сетям до восьми операторов. Оборудование может работать на приём и передачу от одного автоматически выбранного оператора, скорость работы с которым определена встроенной программой как наивысшая, либо с несколькими операторами с суммированием пропускной способности. Роутер может применяться для организации подключения к интернету на удалённых объектах и даже в движении.

Каждое из изделий построено по модульному принципу и имеет возможность изменения конфигурации под конкретные задачи. Роутеры могут быть оснащены гигабитными портами LAN и WAN для подключения через Ethernet, портами USB 2.0 и USB 3.0, разъемами PCIe и Mini PCIe для подключения внешних модулей, например, видеокарт, звуковых карт или сетевых адаптеров. Непосредственно разработкой роутеров занималось ПАО «Интелтех».

«Специалисты предприятия применили имеющиеся наработки в области систем связи для создания аппаратуры гражданского назначения, которая сможет заменить оборудование таких производителей, как Cisco, D-Link, TP-Link. На данный момент созданы опытные образцы изделий. Устройства позволяют оперативно организовать высокоскоростную беспроводную сеть дома, в офисе, на промышленном объекте», — рассказал генеральный директор ПАО «Интелтех» Михаил Винокур.

Компания «Нейроспутник» представила первую отечественную интеллектуальную роботизированную систему копирования движений нейрохирургов LevshAI («Левша»). «Левша» обеспечит дистанционное проведение эндоваскулярных операций на мозге пациентов в клиниках в разных концах страны, для чего хирургу не потребуется даже выходить из своего кабинета. А в отличие от зарубежных аналогов «Левша» способен передавать хирургу даже тактильные ощущения от работы.

Демонстрация работы комплекса. Источник изображения: zdrav.expert

Доклиническое экспертное тестирование комплекса успешно проведено ассоциацией эндоваскулярных нейрохирургов имени академика Ф. А. Сербиненко. Ожидается начало клинических испытаний.

В соответствии с требованиями времени «Левша» использует искусственный интеллект как до операции, так и во время её проведения. До начала операции платформа создаёт 3D-модель сосудов пациента, что упрощает работу хирурга и минимизирует возникновение осложнений. Во время операции ИИ корректирует дрожь пальцев и выявляет критические ситуации. Обратная связь позволяет хирургам быстро учиться управлять роботом, поскольку руки чувствуют привычные реакции.

Источник изображений: НИТУ «МИСИС»

«Разрабатываемая нами система уникальна, более удобна для медиков и безопасна для пациентов. Более того, в мире не существует систем для дистанционного проведения эндоваскулярных хирургических операций на головном мозге», — сообщила Александра Бернадотт, к.м.н., доцент кафедры инженерной кибернетики НИТУ МИСИС, генеральный директор компании «Нейроспутник».

Оперирующий блок копирует движения хирурга и перемещает катетеры и другие хирургические инструменты по сосудам головного мозга. Контролировать их движение помогает рентгенофлуороскоп и оптические датчики. Встроенный ИИ обрабатывает информацию и передает её на визуальный блок управления «Левши».

Платформа позволяет проводить операции из любой точки мира, что особенно ценно в свете дефицита опытных нейрохирургов. При этом врачи защищены от воздействия рентгеновских лучей. Для визуализации продвижения инструментов по сосудам рентгеновская установка работает непрерывно и хирург быстро набирает дозу, если стоит рядом с пациентом. Наконец, платформа может работать как тренажёр и как инструмент персонифицированной медицинской помощи, что дополнительно усиливается применением искусственного интеллекта.

Более того, в перспективе, для ускорения восприятия информации устройством в критических ситуациях, разработчики внедрят интерфейс «мозг-компьютер», который в 300 раз быстрее распознает мысленные команды, чем движения.