Digital October

WordCamp Moscow 2017 конференция WordCamp Moscow 2017

пятая официальная конференция по WordPress в России

HR&Trainings EXPO конференция HR&Trainings EXPO

Конференция, на которой соберутся сильнейшие представители области управления персоналом

MBLTdev 2017 конференция MBLTdev 2017

ежегодная конференция мобильных разработчиков MBLTdev 2017

Лекция Михаила Лукина. Бит или кубит — вот в чем вопрос

27 апреля 2012

27 апреля профессор физики из Гарварда Михаил Лукин прочитал в Digital October лекцию о неизбежности квантовой революции, которая кардинально изменит повседневный быт каждого жителя Земли.

МИХАИЛ ЛУКИН: Спасибо большое. Я очень рад быть с вами сегодня. Хочу поблагодарить организаторов за предоставленную возможность. Для меня это первый опыт в двух направлениях. Во-первых, это мой первый опыт доклада в таком формате необычном. Во-вторых, я сегодня с утра понял, что это будет первый мой доклад на русском языке за последние лет 20, по крайней мере. Посмотрим, как получится. Я хотел бы начать с того, что, как вы видите, я немножечко изменил название доклада. Я хочу сегодня поговорить о том, что называется квантовой революцией. Я хочу связать это с развитием науки и развитием общества тоже.

Вот сегодняшний мой план доклада. Хочу начать с того, какое влияние наука имеет на общество, и, в частности, хочу поговорить о специальном одном примере — развитии лазера. После этого я хочу поговорить о том, чем мы занимаемся, что такое квантовая информатика, квантовая наука, квантовые технологии, и потом я хочу рассказать немножечко о том, каким образом российская наука и советская наука влияет на то, что происходит сегодня в научном мире. Это влияние очень важное, оно до сих пор продолжается, оно никуда не уходит. В конце доклада я хотел бы рассказать вкратце о том, над чем мы работаем сейчас, над чем работает моя группа, моя лаборатория. Я дам вам два примера таких последних развитий нашей лаборатории.

Начнем с самого начала. Это такая базовая дискуссия о том, как наука влияет на мир. Я хочу начать с того, что мотивация для развития фундаментальной науки это, в первую очередь, попытка понять то, как это работает, какие процессы управляют поведением. Это дело не быстрое. Понять сложные явления, открыть новые направления занимает десятки лет. При этом это понимание обычно приводит к изменениям в технологии, которое не инкрементные, а трансформативные. Эти изменения технологии очень часто определяют, как современное общество живет и как оно работает.

Например, я хочу поговорить немножечко о лазере. Сейчас, наверное, все понимают, что такое лазер, дети знают. Он был изобретен в 60-х годах прошлого столетия в СССР и в Америке и, по-моему, сразу после того, как он был изобретен, люди поняли, что это такое удивительное изобретение, что это что-то такое, что до этого было в научной фантастике. Все поняли, что это важное открытие, Нобелевская премия была дана Басову, Прохорову и Кастлеру. Сначала все думали, что это научная игрушка. В Америке даже был такой термин, что это решение, которое ищет задачу. Все думали, что ученые будут им играть и никакой практической пользы не будет.

Если сейчас посмотреть в интернете вот эту фразу, «a solution looking for a problem», можно найти много историй про то, как лазер привел к развитию совершенно новых технологий, которые играют важную роль в современной жизни. Конечно, все это произошло не просто так, т.е. люди работали, начали изучать применение лазеров, начали их улучшать, и много нобелевских премий было дано за работы, связанные с лазером, в частности, в России. Например, работа Жореса Ивановича Алферова в этой области.

Один маленький пример из последнего десятилетия, который связан с развитием лазера, это пример так называемой информационной революции. Вот мы сейчас с вами общаемся через океан. Представить что-то такое лет 10 назад было бы очень сложно. Каким устройствам, каким технологиям мы обязаны в этом смысле, что сделало возможным вот это общение? На самом деле вот эти сигналы, которые предаются отсюда, из Кембриджа, в Москву, они передаются по стекловолокну. Лазер, особенно лазер, который быстро можно модулировать во времени, это ключевая компонента вот таких оптических сетей.

Вот эти технологии по-настоящему изменили мир. Быстрый интернет привел к абсолютно новой индустрии. Быстрый интернет изменяет общество, изменяет в экономической, политической, во всех других сферах. Вот это пример того, как фундаментальные исследования, которые проводились 5 лет назад, до сих пор приводят к каким-то абсолютно новым развитиям, которые изменяют нашу повседневную жизнь.

Это тоже очень интересный слайд, который описывает, что инвестиции в исследования оказываются очень выгодными, если смотреть на долгий промежуток времени. Один известный экономист, его зовут Ларри Саммерс, провел исследование в свое время, в котором он показал, что инвестиции в фундаментальные науки имеют выход, который раза в три превосходит инвестиции, которые правительство делает в инфраструктуру, в дороги, во все другие области. Вот один пример, довольно-таки современный — проект человеческого генома. Это был довольно долговременный проект, в который инвестировали почти $4 млрд, но уже к сегодняшнему времени выход из этого проекта превосходит начальные инвестиции в десятки и сотни раз. Это пример того, что наука, несмотря на то, что она движется, идея понимания мира не только приводит к лучшему пониманию, но приводит к улучшению жизни людей. Это оказывается в экономическом смысле очень выгодное предприятие.

После такого довольно-таки общего введения, я хочу сфокусироваться на главной теме сегодняшнего доклада: это тема квантовых наук и технологий. Чтобы ввести вас в курс дела, я хочу начать с очень широкого угла, в котором я хочу немножечко рассказать о том, что фундаментальная информация, ее получение сохранение и обработка — это вообще физика. Оказывается, что довольно-таки в скором времени элементы переработки информации, элементы процессоров должны стать размером, в котором квантовые эффекты будут играть роль, т.е. они настолько маленьким станут, что квантовые эффекты будут играть очень важную роль.

Это следует из такого очень известного закона, он называется закон Мура, одного из великих инженеров XX века, одного из основателей Intel. В конце 1960-х годов Гордон Мур предсказал, что сила и мощность компьютеров будут увеличиваться каждые 18 месяцев, и удивительно, но это предсказание оказалось справедливым в течение следующих 30 лет. Можно по-разному смотреть на этот закон.

На этом графике показан размер или количество транзисторов, которые в типичном CPU у компьютера, как оно растет со временем. Можно смотреть по-другому. Можно спросить, сколько атомов нужно, чтобы закодировать бит информации. Число атомов уменьшается очень быстро. В настоящее время количество атомов, которые нужно, чтобы закодировать один бит, оно порядка 1000–2000. С другой стороны, понятно, что если закон Мура будет продолжаться, то где-то в течение 10 лет размер, грубо говоря, транзистора или размер системы, в которой будет закодирован один бит информации, станет порядка одного атома. Ясно, что в этом случае законы квантовой механики станут играть очень важную роль. В таких случаях законы классической природы не работают, квантовая механика будет играть очень важную роль.

Можно теперь задать вопрос, что же будет, если мы будем использовать отдельные атомы как процессоры, как средство для сохранения информации? Здесь нужно сразу это связывать с квантовой физикой. Мы знаем, что атомы состоят из электронов и ядер. Это фундаментальные составляющие материи. В принципе, отдельно электрон или отдельно ядро могут сохранять и перерабатывать информацию. На хард-драйве относительно старого компьютера информация записывается в виде магнитных битов. Мы можем представить себе, что отдельные атомы будут вести себя как маленькие магниты в зависимости от ориентации этого магнита. С другой стороны, ясно, что эти атомы должны быть квантовыми объектами. Экстраполяция обычных процессоров, наверное, работать не будет.

Теперь можно спросить, что же произойдет тогда? Закон Мура закончится. Нужно будет менять концепции переработки информации. Может быть это будет фундаментальным пределом? Оказывается, что это не только не является фундаментальным пределом, но еще и открывает абсолютно новые возможности для сохранения и переработки.

Давайте сейчас подумаем о том, в футуристическом, немного, смысле, что будет, если мы закодируем один бит информации в электрон или в ядро. Оказывается, что удобный способ кодирования информации составляет кодировка в магнитные свойства таких вот частиц. В частности, электроны, ядра имеют маленький магнитный момент — спин. Можно представить, что электрон или ядро крутится вокруг своей оси и из-за этого вращения у него появляется некая полярность, у него появляется магнитный момент. Этот магнитный момент можно рассматривать как некую магнитную память. В этом случае единичку можно закодировать в магнитик, который будет смотреть вверх, а нолик — в магнитик, который будет смотреть вниз.

Вот это самое простое свойство позволяет нам закодировать классический бит информации. Оказывается, что это магнитное свойство частиц как бы квантовый объект. Квантовые законы описывают поведение частиц на таких маленьких размерах. Оказывается, что мы не только можем записать ноль и единичку, также мы можем записать то, что между ними, т.е. мы можем записать так называемую суперпозицию (комбинацию) 0 и 1. Это можно себе представить как магнитик, который будет повернут не наверх или вниз, а как магнитик, который повернут куда-то в сторону. Т.е. это очень важное свойство квантовых систем, которое позволяет закодировать не просто классический бит, а так называемый квантовый бит информации.

Уникальное свойство таких систем — это так называемая квантовая суперпозиция, возможность сохранить не только 0 и 1, а и их комбинацию. Можно по-разному пытаться это объяснить. Один из способов объяснения связан с российской историей. В свое время Никита Сергеевич Хрущев приехал в Америку, это было очень важное событие мировой истории. У него репортер какой-то дружелюбный спросил: «Никита Сергеевич, скажите нам, пожалуйста, одним словом, как советская экономика работает?». Он ответил одним словом: «Хорошо». Репортер говорит: «Может быть, можно немножечко побольше? Скажите в двух словах». Он отвечает: «Не хорошо».

Вот это очень хорошо иллюстрирует поведение квантовых битов. Они могут быть в состоянии хорошем и нехорошем сразу. Это свойство оказывается очень важным ресурсом для физических экспериментов и квантовых технологий. Квантовые технологии — это область науки, которая пытается использовать квантовые эффекты как эффекты возможности приготовить суперпозицию из квантовых состояний для каких-то практических приложений. Можно продумать, как сохранить информацию в этих квантовых битах.

Оказывается, что если сохранить информацию в квантовых кубитах и передавать ее в квантовых битах, то можно разработать новые способы для передачи информации, которая является абсолютно безопасной, т.е. ее невозможно подслушать. Опять же, возможно закодировать сразу несколько возможных состояний в один бит позволяет перерабатывать информацию с очень высокой степенью параллелизма. Это такая идея квантового ускорения, которая является главной идеей в развитии квантовых компьютеров.

Опять же оказывается, что эти квантовые суперпозиции очень чувствительны к внешним возбуждениям. С одной стороны это усложняет задачу сделать квантовые компьютеры, с другой стороны это позволяет создать сенсор нового поколения. Это позволяет создать сенсор, который очень чувствителен к различным внешним возмущениям.

Мы теперь немножечко знаем, что такое кубит, знаем, какие там странные свойства он в себе несет, но в какой-то момент нам нужно понять, как мы можем этим кубитом манипулировать. Каким образом мы можем записывать информацию, считывать, каким образом перерабатывать информацию, сохраненную в отдельных атомах? Оказывается, что две важные области науки позволяет нам это делать. Одна — это лазеры, а вторая — резонансные методы. Методы, которые используются в МРТ мозга. Методы такого типа.

Перед тем, как я эти методы опишу, я хочу вернуться назад. На самом деле, многие из этих методов были разработаны в России или Советском Союзе. Много различных людей, очень умных и очень влиятельных, делали вклад в эту область, но я сегодня хочу сфокусироваться на одном примере и рассказать о работах Владилена Летохова, который, к сожалению, умер несколько лет назад, но идеи его живут. Они на самом деле определяют ход развития науки в этой области.

Летохов был студентом Физтеха и закончил Физтех как раз когда лазер был изобретен. Он стал одним из пионеров лазерной эры. В частности, работы его в основном использовали лазер для создания новых приборов или открытия новых областей науки. Это удивительный человек. Удивительный он, в частности, тем, что в нашей области науки, куда ни посмотришь, сейчас практически в любом направлении, которое сейчас активное, Летохов сделал что-то, что определило его развитие. В частности, он был изобретателем лазерного охлаждения. Оказывается, можно использовать лазерный свет, чтобы охлаждать атом, чтобы атомы двигать, чтобы атомы детектировать. Оказывается, что вот эти три важных открытия позволяют нам записывать и считывать информацию, манипулировать ей.

Профессор Летохов оставил очень большое научное наследство. Порядка 750 статей, 16 книг, долгое время он был одним из самых цитируемых в тех областях науки. Он никогда не был академиком, не получил Нобелевской премии, но дело его живет. В частности, технологии лазерного охлаждения атомов, технология движения атомов, детектирования атома определяют развитие науки в области квантовых технологий. Системы, в которых отдельные ионы сохраняются в вакуумной трубке, в электромагнитных ловушках оказываются одной из лидирующих платформ для реализации квантовых компьютеров. Система, которая показана на картинке, где отдельные каналы, точки, есть отдельные ситуации. Такие пятнышки соответствую отдельным атомам. Такие системы используют сейчас, чтобы сделать относительно большие по современным меркам квантовые компьютеры, которые имеют четыре кубита и могут производить разнообразные вычисления. Охлаждение, сохранение, детектирование, манипуляция этих ионов во многом обязано работам Летохова и, конечно же, современным ученым.

Я немножечко дал понять что это такое. Вы, наверное, задумываетесь о том, что отсюда может получиться. Тут небольшой список возможных направлений, приборов и технологий, которые могут получиться из настоящих научных исследований. Этот список можно рассматривать либо сверху вниз, либо снизу вверх. Если мы начинаем идти от атомных часов, квантовых сенсоров, квантовых материалов, в которых можно контролировать их свойства, квантовый интернет — система передачи информации с полной безопасностью и, наконец, сверхбыстрые «умные» компьютеры.

Ясно, что если можно сделать умные компьютеры, которые будут считать экспоненциально быстрее, чем все классические компьютеры, наверное, это будет иметь наибольшее влияние на технологии и общество. С другой стороны, оказывается, что сделать эти квантовые компьютеры очень сложно. В частности, я думаю, что многие согласятся, что в настоящее время нельзя даже сказать, можно будет сделать когда-нибудь большой квантовый компьютер, полный квантовый компьютер или нет? Мы просто не знаем ответы на эти вопросы.

С другой стороны, включая квантовые сенсоры и атомные часы — это темы, которые уже сейчас разрабатываются с таким прикладным наклоном и влияние их на современное общество огромно. В частности, атомные часы являются ключевым звеном и сети GPS, и ГЛОНАСС. Оказывается, что самые точные атомные часы используют квантовые биты, которые закодированы в охлажденных ионах — такие, которые используют сейчас при создании квантового компьютера.

По мере того, как мы улучшаем квантовые биты, мы опять же улучшаем часы. Если мы сможем улучшить точность атомных часов на порядок или два, уникальные новые приложения могут быть возможны. В частности, например, возможны технологии, в которых машины будут ездить и навигировать без водителей. Это такой пример, когда относительно маленькое направление может иметь огромные глобальные последствия.

Конечно, в науке мы хотим рассматривать не только маленькие приложения. Мы хотим пытаться изменить мир. Для этого идея создания квантового компьютера очень интересна и привлекательна. Как мы сможем это сделать? Какие главные проблемы, которые нужно решить? На самом деле проблем две. Одна из них следующая: несмотря на то, что мы сейчас можем создать какие-то маленькие квантовые компьютеры, которые состоят из нескольких кубитов, системы, которые используются для создания таких компьютеров, очень экзотичны.

Как я уже сказал, лидирующая система, использующая ионы, представляет собой какие-то вакуумные трубки, в которых несколько ионов в вакууме сохраняется. Проблема в том, что как только мы начинаем увеличивать размер системы, она становится сложнее и сложнее. Нам нужно научиться одновременно изолировать и контролировать, что, на самом деле, оказывается очень сложно.

Второй аспект, который я хочу упомянуть коротко. Как я уже говорил, в принципе, маленький квантовый компьютер уже существует. Вопрос верен. Можно ли что-то полезное сделать с ним или это просто остается научной игрушкой?

Давайте начнем с первой из этих тем и поговорим немного о том, почему же квантовые компьютеры так сложно создать. Для этого я хочу вернуться к дискуссии квантовых суперпозиций и сделать такую наводку. В принципе, любой объект вокруг нас описывается законами квантовой механики. Если приложить законы квантовой механики, например, к столу к этому, то, в принципе, по этим законам можно создать состояние этого стола такое, что он будет находиться здесь в Кембридже и одновременно в Москве в Digital October. Это, конечно, очень странное состояние и в нормальном мире оно не встречается и, наверное, стоит немножко обсудить и понять, почему такого состояния быть не может.

Об этом задумался один из создателей квантовой механики Эрвин Шрёдингер в конце XX века, и почему-то он начал думать не о столах, а о кошках. Таким образом родился классический пример шрёдингеровской кошки, которая может быть одновременно в состоянии, когда она живая и мертвая. Оказывается, что такое состояние возможно. С точки зрения квантовой механики оказывается, что квантовый компьютер, когда он перерабатывает информацию, он как раз создает такое уникальное кошечное состояние. Все это звучит довольно-таки странно, особенно для тех, кто изучал физику и может спросить, почему таких стояний не встречается в окружающем нас мире. Оказывается, что как только мы попытаемся измерить такое состояние, даже очень слабо до него дотронуться, оно сразу же превращается либо в живого кота, либо в мертвого.

Этот пример иллюстрирует, почему так сложно сделать квантовый компьютер. Увы, даже самые маленькие возмущения из внешнего мира пытаются превратить состояния квантового компьютера в обычное классическое состояние, которое описывается обычными классическими законами.

Сейчас я хочу немножечко рассказать о том, как мы пытаемся эту проблему разрешить. Я расскажу вам об одном эксперименте, который мы только что закончили. Мы смогли создать квантовый бит, который использует спин отдельного ядра и работает при комнатной температуре и может сохранять это состояние макроскопически долгое время — дольше 1 секунды.

Идея этой работы — использовать отдельные атомы, которые вживляются в алмазные образцы. Почему алмаз? Алмаз имеет много уникальных свойств, это очень твердый материал. Этот материал уникальный полупроводник, в котором большая ширина запрещенной зоны. Алмаз также очень хороший тепловой проводник. В наших экспериментах мы используем два типа алмазов, один из которых показан слева: выращенный кубик алмаза макроскопических размеров. Такая пыль алмазная. Удивительно то, что эти алмазы можно вырастить с такой чистотой, что в них вообще нет никаких примесей. Потом, если мы добавим одну примесь, то она может по существу быть сравнима с отдельным изолированным атомом. Таким же атомом, каким является отдельный ион в вакуумной трубке, только здесь разница в том, что этот атом сохраняется в твердотельной матрице даже при комнатных температурах, при обычных условиях. Мы используем специфическую примесь в алмазе, так называемый nitrogen-vacancy color center. Что это такое? Это атом азота, который замещает атом углерода в центре матрицы и оказывается, что энергетически выгодно иметь пустое место. Это одна из немногих примесей в алмазе и она имеет свойства, очень похожие на свойства иона.

Почему? Потому что эта примесь излучает свет. Что показано тут: это чистый алмаз, в котором отдельные атомы светятся. У него тоже есть вот этот спин. Есть магнитный момент, про который я говорил уже раньше, в который можно закодировать магнитную квантовую информацию. Эти примеси можно создавать, начиная с чистого алмаза, просто бомбардируя его ионами азота. Это пример такой, где сделано некое упорядочивание и образец, созданный на этом nitrogen-vacancy color center.

На самом деле для того, чтобы создать ядерный кубит, мы используем ядро из изотопов углерода. Алмазная решетка состоит из двух изотопов углерода. Это изотоп с атомным номером 12 и 13. Только один из них имеет магнитный момент, только один из них имеет спин. Его можно использовать как кубит. Что мы делаем для того, чтобы создать наш кубит? Мы выращиваем образец, который состоит практически исключительно из изотопа с атомным весом 12, и после этого мы используем, имплантируем туда этот азот, и используем этот азот, чтобы измерять отдельные ядерные магнитные моменты.

Просто, эксперимент работает. Мы берем лазер и фокусируем его на одном из центров, потом смотрим на этот центр, на то, сколько света он испускает, чтобы измерить соседние ядра. Один из сигналов, который иллюстрирует, как работает квантовая система, показывает здесь, что мы видим количество света, которое один атом, один центр испускает через какой-то промежуток времени, за несколько секунд. Мы видим, что количество света прыгает между двумя разными уровнями. Оказывается, что каждый из этих уровней соответствует определенной ориентации ядерного магнитного момента. Вот эта дискретность уровня света на самом деле показывает, что эта система — квантовая система. Это фундаментальное свойство квантовой системы.

Этот ядерный спин может быть ориентирован только в двух направлениях — вверх или вниз, когда мы его измеряем. Эти два направления дают нам два сигнала. Используя такой подход, мы можем видеть квантовое поведение одного ядра в алмазной решетке и можем измерить его магнитный момент.

Удивительно то, что этот магнитный момент изменяется на протяжении довольно таки долгих промежутков времени, порядка минут, что для квантовых систем обычно очень долгое время. Обычно квантовые системы, как только они начинают взаимодействовать с окружающим миром, изменяют свои квантовые состояния на промежутках наносекунд, одной миллиардной секунды.

Здесь мы можем видеть, что одна квантовая система может жить в одном состоянии целые минуты. Для того, чтобы нам действительно сделать это систему кубитом, нам нужно приготовить суперпозицию этих состояний. Мы знаем, как это делать. Это значит, что нам нужно приготовить состояния, в которых магнитный момент будет ориентирован одновременно и вверх, и вниз. Если мы сможем приготовить такое состояние, то мы сможем измерить время его жизни. Это дает нам время квантовой памяти.

Недавние совсем измерения, которые еще даже не опубликованы, показывают нам, что мы можем эту квантовую память сохранять на протяжении нескольких секунд. Это очень важное развитие, потому что, как я говорил раньше, у твердотельных кубитов время их жизни колеблется от одной миллионной до одной миллиардной секунды. Это большой прогресс в плане улучшения свойств кубитов.

Мы думаем, что это время еще можно будет удлинить до минут, а может быть даже до часов. Куда идет дело? Как развивается это направление? Мы сейчас создали один хороший кубит. Конечно, этого мало, чтобы создать квантовый компьютер. Нам нужно много кубитов, мы пытаемся сейчас эти кубиты связать. Кубитами могут быть отдельные атомы азота. В алмазе они могут между собой взаимодействовать. Нужно пытаться увеличить количество кубитов, чтобы создать новый процесс.

Другое направление — это направление квантового интернета, где эту память мы пытаемся связать с фотонами. Фотоны будут использоваться для передачи информации памяти локальному процессу. Эти фотонные передачи информации сейчас исследуются в очень разных направлениях. Разные типы систем передачи информации используются: оптические, микроволновые и механические.

Это пока чисто фундаментальное исследование. Мы не знаем, сможем ли мы сделать квантовый компьютер, используя этот подход, но возможны приложения, которые, несмотря на то, что пока они футуристические, может быть имеют более короткий промежуток времени.

Одно из возможных приложений, это идея, которая начала всю область квантовой информатики: идея Стефана Бизнера. В 1969 году он предложил использовать квантовые биты, чтобы сделать так называемые квантовые деньги. Идея квантовых денег заключается в следующем: если закодировать информацию в квантовом виде, ее невозможно скопировать, но, измерив правильным образом, можно подтвердить ее достоверность.

Например, идея квантовых денег заключается в том, что у вас есть банкнота и в этой банкноте есть несколько квантовых бит. Эти квантовые биты могут быть записаны в магнитики, спины. Либо направления вверх-вниз, либо направления вправо-влево. Направление вправо и влево как раз соответствуют суперпозиции состояний. Теперь, если кто-то захочет скопировать эту банкноту, ему придется измерить ориентацию этих квантовых битов. Если ориентация вверх-вниз, то измеритель пытается измерить верх и низ, то вы получите правильный ответ, но если мы кодируем информацию в суперпозицию состояний, то невозможно понять, какое реальное состояние кубита было закодировано. В то же время банк, который закодировал информацию, знает, какое было направления кодировки, и может подтвердить, что это настоящая банкнота.

Это простая идея, которой в конце 1960-х годов никто не верил. Визнер пытался опубликовать статью об этом 10 лет практически. Сейчас эта идея — базис для сохранения и передачи информации. Такие направления, как квантовая криптография, базируется на вот этой идее. До сих пор ведется активная работа, чтобы понять, можно ли сделать такие настоящие квантовые деньги. Чтобы реализовать такую идею нужно, чтобы кубиты могли сохраниться на долгом промежутке времени в повседневной жизни, т.е. кубит, который живет одну миллионную секунды — этого недостаточно. Мы думаем, что наша работа открывает возможность создать в ближайшие годы создать такие приложения.

Другое, я бы сказал, даже более практическое приложение этих идей, может быть в области квантовых сенсоров. Опять же я хочу вернуться к моему рассказу о Владилене Летохове. Одна из самых его последних, очень влиятельных работ, была работа, в которой он предложил использовать отдельные атомы для чувствительных измерений. Оказывается, что такие системы можно использовать, чтобы фундаментально изменить то, как работает магнитно-резонансная томография.

В частности, исследования, которые проводим мы и другие, показывает, что можно увеличить разрешение томографии до таких пределов, что можно видеть отдельные атомы или молекулы. Из последних наших работ мы сделали сканирующий сенсор. Показан сканирующий тип, который сделан из алмаза. На кончике этого типа мы имплантируем отдельный атом азота и сканируем его над отдельной какой-то поверхностью, мы измеряем свойства вот этого отдельного атома. Измеряя эти свойства, можно измерить локальное магнитное поле. В частности, в этом эксперименте мы измерили магнитное поле, которое создается классическим хард-драйвом с разрешением порядка трех нанометров. Для магнитно-резонансной томографии это невероятное разрешение. Более того, оказывается, что такие эксперименты можно делать даже внутри живых организмов. Это очень интересное новое направление, в котором можно измерять магнитные поля и делать магнитную томографию живых клеток.

Эта картинка, которая показана сейчас, означает живую клетку. Голубым цветом показано ядро клетки, вокруг него мы видим небольшое свечение. Это свечение мип-центров оказывается. Мы можем измерять свойства этих центров, свойства кубитов внутри живых организмов и смотреть на то, как внешнее влияние их изменяет и таким образом измерять процессы, которые проходят в этих клетках. То же самое возможно сделать в мозге и это, возможно, позволит нам понять, как работает мозг. Это одна из главных задач, которая сейчас в науке исследуется.

Я надеюсь, что то, что я сказал вам, показывает, что квантовые технологии, квантовые науки имеют не только фундаментальную компоненту, но и прикладную компоненту. На самом деле, сейчас уже многие компании пытаются исследовать разные аспекты этих технологий. Например, для коммуникаций, для часов и для детекторов. В частности, есть даже компания в России — Scontel. Я думаю, что другие люди, которые сидят в аудитории, знают намного больше, чем я, об этом. Есть даже одна из компаний, которая пытается сделать квантовый компьютер.

Вот все, что я вам хотел сказать сегодня. Я надеюсь, что было понятно, по крайней мере, частично. Спасибо.

контакты

119072, Москва, Берсеневская набережная, 6, стр.3

+7 (499) 963–31–10
+7 (985) 766–19–25
do@digitaloctober.com