Достучаться до атома

В сентябре в АГУ открылась научно-исследовательская сетевая лаборатория квантовых технологий материалов. Что это за место и зачем оно понадобилось ученым, рассказывает д.ф-м.н. профессор, заведующий кафедрой физической и неорганической химии АГУ, заведующий лабораторией Сергей Александрович Безносюк.

– Сергей Александрович, почему сетевая лаборатория квантовых технологий материалов появилась именно сейчас?

Пожалуй, здесь можно выделить два момента. Первый – локальный, и второй – глобальный.

Если говорить в локальном смысле, то эта лаборатория – закономерный итог наших научных физико-химических изысканий. В 2012 году, когда в АГУ началась программа стратегического развития, прошла крупная международная конференция, посвященная нанотехнологиям, в частности их изучению в региональном масштабе. Тогда возникла определенная взаимосвязь с разными научными центрами, в числе которых американские, европейские и российские университеты. Ключевую роль для нас сыграл Аризонский университет, а также Институт физики прочности и материаловедения СО РАН. Благодаря налаженному партнерству здесь, у нас появилась учебно-исследовательская лаборатория компьютерного нанобиодизайна, которая и сегодня готовит химиков – бакалавров и магистрантов – к серьезной исследовательской деятельности. Лучшие из них поступают в нашу аспирантуру на физическую химию. Так вот, эта лаборатория, можно сказать, предтеча недавно созданной. На базе ее наработок и была создана совместная сетевая лаборатория квантовых технологий материалов АГУ–ИФПМ СО РАН.

Второй, глобальный момент: пятнадцать лет назад в мире началась вторая квантовая революция. Это значит, что те технологии, которыми мы до сей поры пользовались, зашли в тупик. Настало время технологий новых, основанных не на одном лишь квантово-размерном эффекте, как это было до, а и на остальных эффектах тоже. Я говорю об эффекте квантовой запутанности и эффекте квантовой контекстуальности. Но чтобы их использовать, нужно опуститься на субатомный уровень, где все меньше размеров атома! А чтобы управлять субатомными процессами, необходимо по отдельности работать с каждой элементарной частицей: протоном, нейтроном, электроном, фотоном. И в этом основная сложность. Понятно, что без специально обученных людей и супервычислительной техники здесь не обойтись. И пока во Франкфурте-на-Майне занимаются тем, что пытаются создать лазер на свободных электронах для управления этими процессами, наша лаборатория теоретически моделирует и просчитывает, как именно ими можно управлять и к каким последствиям это может привести. Иными словами, наша цель – описать возможности и последствия управления субатомными частицами с помощью импульсов жесткого излучения. Для этого и других важнейших практических приложений лаборатория нуждается в повышении производительности компьютеров вычислительного кластера АГУ, так как имеющихся мощностей недостаточно.

– В названии лаборатории упомянуты «квантовые технологии материалов». О каких материалах идет речь?

– Наш исследовательский коллектив, в первую очередь я имею в виду доцентов Ольгу Андреевну Маслову, Юлию Владимировну Терентьеву и аспиранта Андрея Валерьевича Рябых, изучает биомедицинские, интеллектуальные и энергетические материалы. Это те виды материалов, которые находятся в мировом авангарде научных исследований. В рамках работы с биомедицинским материалами возможно компьютерное моделирование поведения молекул в жидких средах, характерных для живых организмов; интеллектуальные материалы лежат в основе квантовых компьютеров, искусственного интеллекта следующего поколения; энергетические – это прежде всего материалы водородной энергетики и топливные элементы. Каждое из направлений тесно связано с зарубежными партнерами: биомедицинское – с Аризонским университетом, интеллектуальное – с Вашингтонским, энергетическое – с центрами водородной энергетики и возобновляемых источников энергии в США, ЕС и КНР.

– Могут ли в работе лаборатории участвовать студенты?

– Как я уже сказал, кафедра физической и неорганической химии, Институт химии и химико-фармацевтических технологий заинтересованы в молодых талантливых кадрах. И наша лаборатория – не исключение. Однако попасть в нее могут лишь ребята, имеющие научный опыт. Для тех, кто его пока не имеет, в АГУ существует магистерская программа «Квантовые технологии, компьютерный наноинжиниринг, экспертиза и физикохимия материалов» и функционирует та самая, первая лаборатория компьютерного нанобиодизайна. В ней химики учатся азам исследования. Более того, существует сайт «Фундаментальные основы нанонаук и компьютерный инжиниринг наносистем» (comp-nano.firebaseapp.com), где можно узнать об актуальных, связанных с квантовыми технологиями процессах.

Интервью приводится по статье Аркадия Шабалина в газете «За науку!»
Источник — zn.asu.ru