14-iyul, juma kuni ertalab Xalqaro konferensiya kvant texnologiyalari haqida Rossiya kvant markazi asoschisi, Garvard universiteti professori Mixail Lukin uning yaratilishi haqida gapirdi. ilmiy guruh to'liq dasturlashtiriladigan 51 kubitli kvant kompyuteri. Bir qarashda bu natijani ushbu sohadagi to‘satdan yutuq deb atash mumkin – Google va IBM kabi gigantlar kvant kompyuterida 50 kubitlik belgiga endigina yaqinlashmoqda. Kecha u arXiv.org preprint serverida paydo bo'ldi batafsil tavsif tajriba. Tahririyat N+1 Men nima bo'lganini va yangi kvant kompyuteridan nimani kutish kerakligini aniqlashga qaror qildim.

Kvant kompyuterlari haqida qisqacha - universal va universal bo'lmagan

51 kubitli kompyuter nimaga o'xshaydi?

Keling, fiziklar tomonidan yaratilgan tizimni ko'rib chiqaylik yangi ish. Undagi qubitlarning rolini optik tuzoqqa tushgan sovuq rubidiy atomlari o'ynaydi. Qopqonning o'zi 101 optik cımbızdan (fokuslangan lazer nurlari) iborat. Atom gradient tufayli pinset yordamida muvozanat holatida saqlanadi elektr maydoni- u pinsetlarning markazlashtirilgan nuqtasida joylashgan maksimal elektr maydon kuchiga ega bo'lgan hududga tortiladi. Barcha cımbızlar bir qatorda joylashganligi sababli, kompyuterning barcha qubit atomlari ham zanjirda joylashgan.

Rubidiy atomlarining har biri uchun "nol" uning asosiy, qo'zg'atilmagan holatidir. "Bir" - maxsus tayyorlangan Rydberg shtati. Bu hayajonlangan holat bo'lib, unda rubidiyning tashqi elektroni yadrodan juda uzoqda (50, 100, 1000-orbitallarda), lekin u bilan bog'liq bo'lib qoladi. Katta radius tufayli Ridberg atomlari ko'p o'zaro ta'sir qila boshlaydi (repel). uzoq masofalar odatdagidan ko'ra. Bu itarilish 51 ta rubidiy atomidan iborat qatorni kuchli o'zaro ta'sir qiluvchi zarrachalar zanjiriga aylantirish imkonini beradi.

Qubitlarning holatini boshqarish uchun ularni Ridberg holatiga qo'zg'atishi mumkin bo'lgan alohida lazer tizimi qo'llaniladi. Yangi kompyuterning asosiy va eng muhim xususiyati 51 kubitning har biriga bevosita murojaat qilish imkoniyatidir. Bundan tashqari, chigal kvant holatlari kuzatiladigan atomlarning yanada murakkab ansambllari mavjud (biz yaqinda bitta foton bilan o'zaro ta'sir qilish natijasida chigallashgan 16 million atom haqida gapirgan edik) va yuzdan ortiq sovuq atomlarda kvant simulyatsiyasi amalga oshirildi. Ammo bu barcha holatlarda olimlar tizimni aniq boshqarish imkoniga ega emas edilar. Shuning uchun yangi tizim to'liq dasturlashtiriladigan kvant kompyuteri deb ataladi.

Kvant kompyuteridagi har bir hisob, qaysidir ma'noda, haqiqiy kvant tizimining simulyatsiyasidir. Yangi ishning asosiy qismi taniqli kvant tizimini - Ising modelini modellashtirishga bag'ishlangan. U qo'shnilari bilan o'zaro ta'sir qiluvchi nolga teng bo'lmagan spinlari (magnit momentlari) bo'lgan zarrachalar zanjirini (bu holda) tasvirlaydi. Ising modeli ko'pincha qattiq jismlardagi magnitlanish va magnit o'tishlarni tasvirlash uchun ishlatiladi.

Tajriba quyidagicha tuzilgan. Birinchidan, zarralar sovutilgan va optik cımbızlarda ushlangan. Bu probabilistik jarayon, shuning uchun dastlab zarralar qatori xaotik edi. Keyinchalik o'lchovlar va sozlashlar ketma-ketligi erning qo'zg'atilmagan holatida 50 dan ortiq sovuq atomlardan iborat nuqsonsiz massivni yaratish uchun ishlatilgan. Keyingi bosqichda optik cımbızlar o'chirildi va bir vaqtning o'zida tizim ishga tushirildi, atomlarni Rydberg holatiga hayajonlantirdi. Bir muncha vaqt tizim van der Vaals kuchlari ta'sirida rivojlandi - atomlar ular uchun eng "qulay" pozitsiyalarni egalladi, shundan so'ng cımbızlar yana yoqildi va evolyutsiya natijasi o'rganildi.

Sovuq atomlarning hayajonli pulsga qanchalik yaqin bo'lishiga qarab, fiziklar turli xil evolyutsiya natijalarini kuzatdilar. Buning sababi, Ridberg atomlari qo'shnilarning Ridberg holatlariga qo'zg'alishini bostirishga qodir (kuchli itarilish tufayli). Olimlar evolyutsiyadan so'ng atomlar shunday tartiblanganligini kuzatdilarki, qo'shni Rydberg atomlarining har bir jufti o'rtasida qat'iy bitta, qat'iy ikkita yoki qat'iy uchta oddiy atom mavjud edi.

Qizig'i shundaki, erkin evolyutsiyadan keyin juda tartibli tuzilmalarning shakllanishi juda katta ehtimollik bilan sodir bo'lgan - hatto 51 ta sovuq atomlar qatorida ham.

Evolyutsiya jarayoni qanday sodir bo'lishini ko'rish uchun olimlar pinsetni yoqib, tizimni vaqtning turli nuqtalarida "suratga olishdi". Ma'lum bo'lishicha, ba'zi hollarda muvozanat holatiga o'tish juda sekin sodir bo'lgan: tizim bir necha holatlar orasida uzoq vaqt tebrangan. Ushbu natijani qo'shni va keyingi qo'shni atomlar o'rtasidagi o'zaro ta'sirlarni tahlil qilishda o'z ichiga olgan qo'pol klassik simulyatsiyalar bilan tasdiqlash mumkin.

Bu foydalimi?

Bu kvant modellashtirish haqiqiy yangi effektni bashorat qiladigan holatlardan biridir. Shuni ta'kidlash kerakki, klassik kompyuter yordamida 51 ta sovuq atomlar tizimini aniq simulyatsiya qilish mumkin emas. Uning barcha mumkin bo'lgan holatlarini tavsiflash uchun 2 51 bit operativ xotira (taxminan petabayt) talab qilinadi. Bu ta'sir faqat klassik kompyuterda qo'pol simulyatsiyalar bilan tasdiqlangan.

Qizig'i shundaki, kvant kimyoviy hisob-kitoblarida mutlaqo teskari vaziyat yuzaga keladi - klassik kompyuterlar faqat xususiyatlarning taxminiy bahosini beradi. murakkab tizimlar, bunga katta hisoblash resurslarini sarflash. Shu bilan birga, bu shubhasiz kvant tizimlarini bevosita tahlil qilish aniq natija beradi.

Yana nima uchun foydali?

Oldindan chop etish oxirida mualliflar an'anaviy ravishda yangi ishlanma foydali bo'lishi mumkin bo'lgan sohalar ro'yxatini taqdim etadilar. Ulardan ba'zilarini sanab o'tishimiz mumkin: ko'p sonli zarrachalardan iborat superpozitsiyalarni yaratish, spin sistemalarida topologik holatlarni o'rganish. Fiziklarning ta'kidlashicha, algoritm o'lchamlari an'anaviy kompyuterlarning imkoniyatlaridan oshadigan tizimlarni optimallashtirish muammolarini hal qilish uchun juda mos keladi. Bu vazifalarga modellashtirish kiradi kimyoviy reaksiyalar va trening.

Mixail Lukin va uning hamkasblari tomonidan yaratilgan tizim endi kvant simulyatori sifatida ishlaydi - u o'ziga o'xshash tizimlarni simulyatsiya qiladi. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, Rydberg atomlarining alohida juftlarida fiziklar allaqachon chalkashliklarni yaratish uchun ishlatiladigan mantiqiy CNOT eshiklarini yaratishga muvaffaq bo'lishgan. Shuning uchun biz yangi tizimda ba'zi oddiy algoritmlarni amalga oshirish mumkinligini aytishimiz mumkin (masalan, Deutsch algoritmi yoki juda kichik sonlar uchun Shor algoritmi). Biroq, bu bosqichda bu algoritmlar foydali bo'lmaydi.

Mixail Lukin (chapda) va Jon Martinis (o'ngda) - Google kompaniyasida 49 kubitli kvant kompyuterini ishlab chiqish bo'yicha guruh rahbari

Rossiya kvant markazi

Qaysidir ma'noda, yangi qurilma allaqachon klassik kompyuterlar uchun mavjud bo'lmagan muammolarni hal qilishga qodir - uni oddiy kompyuterlar tomonidan aniq simulyatsiya qilib bo'lmaydi. Ammo amaliy masalalarda allaqachon foydali bo'lgan foydali kvant ustunligi haqida gapirishga hali erta. Ko'pgina olimlarning ta'kidlashicha, kvant ustunligi uchun poyga endi amaliy hisoblash muammolari nuqtai nazaridan foydali narsa keltirmaydi.

Shuni ta'kidlash kerakki, optik panjaralarda atomlar bilan o'tkazilgan tajribalar bir necha yil oldin klassik kompyuterlar tomonidan aniq modellashtirish imkoniyatidan oshib ketgan. Ular bir-biriga bog'langan o'nlab zarrachalardan foydalanadilar. Masalan, ularning yordami bilan ortiqcha suyuqlik va supero'tkazuvchanlik bilan bog'liq kvant kooperativ hodisalari. Bu kvant ustunligimi?

Vladimir Korolev

Fizika fanining bitiruvchisi Mixail Lukin dunyoni hayratga solgan tajriba o‘tkazdi

M.Lukin 1988 yilda FFKE qoshidagi Moskva fizika-texnika institutiga o‘qishga kirdi va akademik Yu.V.Gulyayev rahbarligida Qattiq jism elektroniği kafedrasida boshlang‘ich tayyorgarlikdan o‘tdi. V. I. Manko, A. F. Popkov, I. A. Ignatiyevlar rahbarligida ilmiy ish bilan shug‘ullangan. 4-kursdan so'ng uni Alabama universitetiga (AQSh) 9 oyga yuborishdi. Qaytgandan keyin u himoya qildi tezis va muddatidan oldin, 1993 yilda MIPTni imtiyozli diplom bilan tamomladi. Professor V.I.Manko tavsiyasi bilan Texas universitetiga professor M.Skalli bilan ishlash uchun taklif qilinadi va 1998 yilda nomzodlik dissertatsiyasini himoya qiladi. Har bir sikl uchun ilmiy ishlar 1999 yilda Amerika Optik Jamiyatining medali bilan taqdirlangan.

Bizning Lukin nima qildi? U NUR NURLINI TO'XTDI!

(KP xodimi muxbiri A.Kabannikovning rossiyalik olim bilan eksklyuziv intervyusidan)

-...Amerikaga qanday kelib qoldingiz?

Men Texas universitetida aspiranturaga qabul qilindim. Va atrof-muhitni boshqarish uchun lazerlardan foydalanish bo'yicha nomzodlik dissertatsiyasini himoya qilgandan so'ng, u tadqiqot uchun Garvarddan maxsus stipendiya oldi.

- Yorug'likni kechiktirish tajribasini o'tkazish g'oyasi qaerdan paydo bo'lgan?

Ikki yil oldin, mening Texas universitetidagi sobiq xo'jayinim Marlon Skalli 60 yoshga to'ldi. Shu munosabat bilan talabalarning yubiley to'plamlarini nashr etish odat tusiga kirgan. Biz mavzu haqida uzoq vaqt o'yladik. O'sha paytda sekin yorug'lik - uning impulslarini inhibe qilish haqida ko'p gapirildi. Qo'lyozmani topshirishdan uch kun oldin, men va germaniyalik ikki yosh hamkasbimiz - Syuzan Yelin va Mayk Fleyshxauer, nihoyat, yorug'likni qanday to'xtatish haqida yozishga qaror qildik va bundan ma'lumotni saqlash usuli sifatida foydalanamiz.

Nazariy asoslash uchun taxminan bir yil kerak bo'ldi. Tajribalar aprel oyida boshlandi va kuzga kelib ular nazariyani to'liq tasdiqlaydigan birinchi natijalarga erishdilar.

Matbuotda ijodingizning eng fantastik ta'riflari eshitiladi. Masalan, eksperiment nisbiylik nazariyasini rad etadi, deb ta'kidlanadi. Ular hatto vaqtni xuddi shunday to'xtata olasiz, deyishadi...

Bu sensatsiyani sevuvchilarning taxminlari. Haqiqatan ham nima bo'ldi? Ba'zi bir ob'ektga qaratilgan oddiy nurni tasavvur qiling. Yorug'lik impulsi atomlar bilan o'zaro ta'sir qiladi, ular qo'zg'aladi va energiya chiqaradi. Keyin u yo'qoladi - issiqlik, porlash shaklida. Biz haddan tashqari sovutilgan rubidiy bug'idan maxsus vosita tayyorladik. Va keyin nazorat lazeridan foydalanib, ular uni elektromagnit o'tkazuvchan qildilar. Unga yorug'lik zarbasi yo'naltirildi. Atrof-muhitga etib kelganida, biz nazorat lazerini o'chirdik. Puls nolga sekinlashdi va fotonlar qolmadi. Ammo ma'lumot hayajonli muhitda saqlanib qoldi. Va agar siz nazorat lazerini yana yoqsangiz, xuddi shu puls bir xil tezlikda harakat qilishda davom etadi. Hammasi shu, aslida.

The New York Times sizning tajribangizni birinchi sahifasida namoyish etdi, keyin esa butun dunyo matbuoti buni katta kelajakka ega bo'lgan ilmiy sensatsiya sifatida e'lon qildi...

Meni soxta kamtarlikda ayblamang, lekin aslida ishning ahamiyati oshdi. Kichkina hududda kichik qadam qo'yildi. Garchi g'oyani to'liq shaklda amalga oshirish qiziqarli imkoniyatlarga ega va ajoyib natijalarga olib kelishi mumkin.

Sizning tajribangiz haqiqatan ham, ilmiy sharhlovchilar fikricha, inqilob sari qadam degani kompyuter texnologiyalari?

Bu ko'proq muhandislarga tegishli va biz sof fan bilan shug'ullanamiz. Ammo tajriba ma'lumotlarni saqlash va qayta ishlashning tubdan yangi imkoniyatlarini ko'rsatadi. Garchi ularga boradigan yo'l dan laboratoriya tajribasi juda katta, bu yillar va hatto o'nlab yillar davom etadi.

Qanday bo'lmasin, bu tajriba sizga shuhrat keltirdi ilmiy dunyo; 29 yoshda, siz Kembrij universiteti professorisiz. Buning biron bir qadri bormi? Rus maktabi?

Hech qanday shubhasiz! MIPT birinchi darajali universitet bo'lgan va shunday bo'lib qoladi. Biz qo'llagan bir qator usullar spektroskopiya instituti professori Vladlen Letoxovning g'oyalari va ishlanmalariga asoslangan. Rossiya akademiyasi Sci. Ikki yil oldin ikkita amerikalik va bir frantsuz lazerli sovutish uchun Nobel mukofotini olganida, ko'pchilik Letoxov laureatlar orasida bo'lishi kerak edi, deb hisoblashgan. Men eksperimental yondashuvlar haqidagi deyarli barcha bilimlarimni Lebedev nomidagi fizika institutida bir guruh ajoyib olimlar bilan hamkorlik qilib oldim.

Va bu tajriba paradoks emasmi? Rus usullari rus olimi tomonidan yetkazilgan... Amerikada?

Qashshoqlashgan mahalliy ilm-fan bugungi kunda faqat eski maktab faxriylariga tayanadi... Men vaziyatni real baholayman: ishoning, agar MIPT tadqiqot uchun mablag' bo'lganda edi, ular ikki yil ichida xuddi shunday vazifani bajargan bo'lar edi.

Vashington.

Jismoniy ko'rib chiqish xatlari

2001 yil 29 yanvar - 86-jild, 5-son, 5-bet. 783-786

Toʻliq matn: PDF (163 kB)

Yorug'likning atom bug'ida saqlanishi

D. F. Fillips, A. Fleyshxauer, A. Meyr va R. L. Uolsvort Garvard-Smitson astrofizika markazi, Kembrij, Massachusets 02138

M. D. Lukin ITAMP, Garvard-Smitson astrofizika markazi, Kembrij, Massachusets 02138

Biz yorug'lik impulsini samarali ravishda sekinlashtiradigan va Rb atomlari bug'ida ushlab turiladigan, nazorat qilinadigan vaqt davomida saqlanadigan va keyin talab bo'yicha chiqariladigan tajriba haqida xabar beramiz. Biz yorug'likning kogerent qo'zg'alishini Rb bug'ining Zeeman (spin) kogerentligiga qaytarilishi uchun yorug'lik pulsining guruh tezligini dinamik ravishda nolga tushirish orqali ushbu "yorug'likni saqlash" ni amalga oshiramiz. ©2001 Amerikalik Jismoniy jamiyat

URL: http://publish.aps.org/abstract/PRL/v86/p783

DOI: 10.1103/PhysRevLett.86.783

PACS: 42.50.Gy, 03.67.-a Qo'shimcha ma'lumot

Ma'lumotnomalar

1. M. D. Lukin, S. F. Yelin va M. Fleyshxauer, fizik. Rev. Lett. 84, 4232 (2000); L. M. Duan, J. I. Sirak va P. Zoller (nashr qilinmagan).

2. M. Fleischhauer va M. D. Lukin, fizika. Rev. Lett. 84, 5094 (2000).

3. L. V. Xau, S. E. Xarris, Z. Dutton va C. X. Behruzi, Tabiat (London) 397, 594 (1999); M. Kash va boshqalar, fizik. Rev. Lett. 82, 5229 (1999); D. Budker va boshqalar, o'sha yerda. 83, 1767 (1999).

4. Qarang, masalan, S. E. Xarris, Phys. Bugun 50, №. 7, 36 (1997).

5. Kvant statistikasini yorug'likdan atomlarga qisman o'tkazishning dissipativ usullari haqida A. Kuzmich, K. Mshlmer va E. S. Polzik, fizik. Rev. Lett. 79, 4782 (1997); J. Hald, J. L. Shrensen, C. Schori va E. S. Polzik, fizika. Rev. Lett. 83, 1319 (1999).

6. J. I. Sirak, P. Zoller, H. J. Kimbl va X. Mabuchi, fizik. Rev. Lett. 78, 3221 (1997).

7. M. Hennrich, T. Legero, A. Kuhn va G. Rempe, fizik. Rev. Lett. 85, 4872 (2000).

8. M. D. Lukin va boshqalar, quant-ph/0011028.

9. L. Duan, J. I. Cirac, P. Zoller va E. Polzik, quant-ph/0003111.

10. A. Kuzmich, L. Mandel va N. Bigelow, fizika. Rev. Lett. 85, 1594 (2000).

11. O. Kocharovskaya, Yu. Rostovtsev va M. O. Skulli, fizika. Rev. Lett. 86, 628 (2001).

12. X. Shmidt va A. Imamolu, Opt. Lett. 21, 1936 (1996); ; S. E. Xarris va Y. Yamamoto, fizik. Rev. Lett. 81, 3611 (1998); S. E. Xarris va L. V. Hau, o'sha yerda. 82, 4611 (1999); M. D. Lukin va A. Imamolu, shu yerda. 84, 1419 (2000).

13. Zich muhitda Zeeman-kogerentlikka asoslangan EITni kuzatish uchun qarang: V. A. Sautenkov va boshqalar, Fizik. Rev. A 62, 023810 (2000).

14. Bizning hozirgi tajribamizda kirish yorug'lik qo'zg'alishning ~ 50% gacha bo'lgan. Saqlangan fraktsiyani kattaroq uzunlikdagi mahsulot yoki optik bo'shliq yordamida oshirish mumkinligini taxmin qilamiz.

15. S. E. Xarris, fizik. Rev. Lett. 70, 552 (1993); M. D. Lukin va boshqalar, fizik. Rev. Lett. 79, 2959 (1997).

16.C. Liu, Z. Dutton, C. H. Behrozi va L. V. Hau, Nature (London) (nashr qilinadi).

Taniqli rus olimlari haqida gap ketganda, ko'pchilik o'tgan yillar qahramonlari - Mendeleev, Pavlov yoki Landauni eslab, bizning zamondoshlarimiz orasida ko'plab taniqli tadqiqotchilar borligini unutishadi. Rossiya fanlari kuni uchun "Attic" 21-asrda muhim kashfiyotlar qilganlarning ismlarini to'pladi.

Fizika

Andrey Geym. Foto: ITAR-TASS/ Stanislav Krasilnikov

Yangi ming yillikda Nobel mukofoti fizika bo'yicha rusiyzabon olimlar uch marta taqdirlangan, garchi faqat 2010 yilda - 21-asrda qilingan kashfiyot uchun. MIPT bitiruvchilari Andrey o'yin Va Konstantin Novoselov Manchester universiteti laboratoriyasida ular birinchi marta barqaror ikki o'lchovli uglerod kristali - grafenni olishga muvaffaq bo'lishdi. Bu juda nozik - bir atom qalinligi - uglerod plyonkasi, uning tuzilishi tufayli juda ko'p qiziqarli xususiyatlarga ega: ajoyib o'tkazuvchanlik, shaffoflik, moslashuvchanlik va juda yuqori quvvat. Grafen uchun doimiy ravishda yangi va yangi qo'llash sohalari topilmoqda, masalan, mikroelektronikada: undan moslashuvchan displeylar, elektrodlar va quyosh panellari yaratiladi.

Mixail Lukin. Foto: ITAR-TASS/ Denis Vishinskiy

MIPTning yana bir bitiruvchisi, hozirda Garvard universitetida fizika professori Mixail Lukin , imkonsizdek tuyulgan ishni qildi: u yorug'likni to'xtatdi. Buning uchun olim haddan tashqari sovutilgan rubidiy bug'i va ikkita lazerdan foydalangan: boshqaruvchi vositani yorug'lik o'tkazuvchanligini ta'minlagan, ikkinchisi esa qisqa yorug'lik impulsi manbai bo'lib xizmat qilgan. Tekshirish lazeri o'chirilganda, yorug'lik impulsining zarralari muhitni tark etishni to'xtatdi, go'yo uning ichida to'xtadi. Ushbu tajriba kvant kompyuterlarini - parallel ravishda juda ko'p operatsiyalarni bajara oladigan mutlaqo yangi turdagi mashinalarni yaratish yo'lidagi haqiqiy yutuq bo'ldi. Olim bu boradagi izlanishlarini davom ettirdi va 2012-yilda uning Garvarddagi guruhi o‘sha paytdagi eng uzoq umr ko‘radigan qubitni, kvant kompyuterida axborotni saqlash uchun eng kichik elementni yaratdi. Va 2013 yilda Lukin birinchi marta fotonik materiyani oldi - faqat atomlardan emas, balki yorug'lik zarralari, fotonlardan iborat moddaning bir turi. Bundan tashqari, kvant hisoblash uchun ham foydalanish rejalashtirilgan.

Yuriy Oganesyan (o'rtada) Georgiy Flerov va Konstantin Petrjak bilan. JINR elektron arxividan olingan surat

21-asrda rus olimlari davriy jadvalni sezilarli darajada kengaytirdilar. Misol uchun, 2016 yil yanvar oyida unga 113, 115, 117 va 118 raqamlari bo'lgan elementlar qo'shildi, ulardan uchtasi birinchi marta Dubnadagi Birlashgan Yadro tadqiqotlari institutida (JINR) Rossiya akademiyasi akademigi rahbarligida olingan. fanlari Yuriy Oganesyan . Shuningdek, u boshqa bir qator o‘ta og‘ir elementlarni va ularning sintez reaksiyalarini ochish sharafiga muyassar bo‘ldi: urandan og‘irroq elementlar tabiatda yo‘q – ular juda beqaror, shuning uchun ular tezlatgichlarda sun’iy ravishda yaratilgan. Bundan tashqari, Oganesyan o'ta og'ir elementlar uchun "barqarorlik oroli" mavjudligini eksperimental ravishda tasdiqladi. Bu elementlarning barchasi juda tez parchalanadi, lekin birinchi navbatda nazariy, keyin esa eksperimental ravishda ular orasida jadvaldagi qo'shnilarining umridan sezilarli darajada ko'p bo'lganlar bo'lishi kerakligi ko'rsatilgan.

Kimyo

Artem Oganov. Shaxsiy arxivdan olingan surat

Kimyogar Artem Oganov , AQSh, Xitoy va Rossiyadagi laboratoriyalar boshlig'i, hozirda Skolkovo Fan va Texnologiya Instituti professori oldindan belgilangan xususiyatlarga ega, hatto imkonsiz bo'lgan moddalarni qidirish uchun kompyuterdan foydalanishga imkon beruvchi algoritmni yaratdi. klassik kimyoga qarash. Oganov tomonidan ishlab chiqilgan usul USPEX dasturining asosini tashkil etdi (bu shunday o'qiladi Ruscha so'z butun dunyoda keng qo'llaniladigan "muvaffaqiyat" ("Atik" batafsil). Uning yordami bilan yangi magnitlar va ekstremal sharoitlarda mavjud bo'lishi mumkin bo'lgan moddalar topildi, masalan. Yuqori bosim. Taxminlarga ko'ra, bunday sharoitlar boshqa sayyoralarda ham mavjud bo'lishi mumkin, ya'ni Oganov bashorat qilgan moddalar mavjud.

Valeriy Fokin. "Shimoliy" biofarmatsevtika klasteri

Biroq, faqat oldindan belgilangan xususiyatlarga ega bo'lgan moddalarni modellashtirish emas, balki ularni amalda yaratish kerak. Bunga erishish uchun 1997 yilda kimyoga yangi paradigma kiritildi, bu klik kimyosi deb ataladi. "Klik" so'zi mandalning ovozini taqlid qiladi, chunki yangi atama har qanday sharoitda kichik komponentlarni kerakli molekulaga ulashi kerak bo'lgan reaktsiyalar uchun kiritilgan. Avvaliga olimlar mo''jizaviy reaktsiyaning mavjudligiga ishonmagan, ammo 2002 yilda Valeriy Fokin , Nijniy Novgorod bitiruvchisi davlat universiteti Lobachevskiy nomidagi, hozirda Kaliforniyadagi Skripps institutida ishlaydigan, bunday "molekulyar mandal" ni topdi: u azid va alkindan iborat va askorbin kislotasi bilan suvda mis ishtirokida ishlaydi. Ushbu oddiy reaktsiyadan foydalanib, butunlay boshqa birikmalar bir-biri bilan birlashtirilishi mumkin: oqsillar, bo'yoqlar, noorganik molekulalar. Ilgari ma'lum bo'lgan xususiyatlarga ega bo'lgan moddalarning bunday "klik" sintezi, birinchi navbatda, yangi dori vositalarini yaratishda zarur.

Biologiya

Evgeniy Kunin. Olimning shaxsiy arxividan olingan surat

Biroq, kasallikni davolash uchun ba'zida nafaqat virus yoki bakteriyalarni zararsizlantirish, balki o'z genlarini ham tuzatish kerak. Yo'q, bu ilmiy-fantastik filmning syujeti emas: olimlar allaqachon genomni tahrirlashga qodir bo'lgan bir nechta "molekulyar qaychi" tizimini ishlab chiqdilar (ajoyib texnologiya haqida ko'proq Attic maqolasida). Ular orasida eng istiqbollisi CRISPR/Cas9 tizimi bo'lib, u bakteriyalar va arxeyalarda mavjud bo'lgan viruslardan himoya qilish mexanizmiga asoslangan. Bu tizimning asosiy tadqiqotchilaridan biri sobiq vatandoshimizdir Evgeniy Kunin , ko'p yillar davomida AQSh Milliy Biotexnologiya Axborot Markazida ishlagan. CRISPR tizimlaridan tashqari, olimni genetika, evolyutsion va hisoblash biologiyasining ko'plab masalalari qiziqtiradi, shuning uchun uning H-indeksi (olimning maqolalarining iqtibos indeksi, uning tadqiqotlari qanchalik talabchanligini aks ettiruvchi) bejiz emas. 130 dan oshdi - bu barcha rusiyzabon olimlar orasida mutlaq rekorddir.

Vyacheslav Epshteyn. Shimoli-g‘arbiy universitet surati

Biroq, bugungi kunda xavf nafaqat genomlarning buzilishi, balki eng keng tarqalgan mikroblar tomonidan ham mavjud. Gap shundaki, so'nggi 30 yil ichida birorta ham yangi antibiotik turi yaratilmagan va bakteriyalar asta-sekin eskilariga qarshi immunitetga ega bo'ladi. Insoniyat baxtiga 2015-yil yanvar oyida AQShning Shimoli-sharqiy universiteti olimlari guruhi mutlaqo yangi mikroblarga qarshi vosita yaratilishini e’lon qilishdi. Buning uchun olimlar avvallari laboratoriya sharoitida o‘sishi mumkin bo‘lmagan tuproq bakteriyalarini o‘rganishga murojaat qilishdi. Ushbu to'siqni engib o'tish uchun Shimoliy-Sharqiy Universitetining xodimi, Moskva davlat universitetining bitiruvchisi Vyacheslav Epshteyn u hamkasbi bilan birgalikda okean tubida itoatsiz bakteriyalarni etishtirish uchun maxsus chipni ishlab chiqdi - bu ayyorlik bilan olim Petri idishida o'sishni istamaydigan bakteriyalarning ortib borayotgan "injiqligi" muammosini chetlab o'tdi. Ushbu usul katta tadqiqotning asosini tashkil etdi, uning natijasi sil kasalligiga ham, oltin stafilokokklarga ham dosh bera oladigan antibiotik teiksobaktin edi.

Matematika

Grigoriy Perelman. Foto: Jorj M. Bergman - Oberwolfach Matematik Instituti (MFO)

Hatto fandan juda uzoq odamlar ham matematika haqida Peterburgdan eshitgan bo'lishi mumkin Grigoriy Perelman . 2002-2003 yillarda u Puankare taxminini isbotlovchi uchta maqola chop etdi. Bu gipoteza matematikaning topologiya deb ataladigan bo'limiga tegishli bo'lib, ko'pchilikni tushuntiradi umumiy xususiyatlar bo'sh joy. 2006 yilda isbot matematik hamjamiyat tomonidan qabul qilindi va shu tariqa Puankare gipotezasi etti ming yillik deb ataladigan muammolar orasida birinchi bo'lib echildi. Bularga ko'p yillar davomida isboti topilmagan klassik matematik masalalar kiradi. O'zining isboti uchun Perelman ko'pincha matematiklar uchun Nobel mukofoti deb ataladigan Filds medali, shuningdek, Kley matematika institutining Mingyillik muammolarni hal qilish mukofoti bilan taqdirlangan. Olim matematikadan yiroq omma e'tiborini tortgan barcha mukofotlardan bosh tortdi.

Stanislav Smirnov. Foto: ITAR-TASS/ Yuriy Belinskiy

Jeneva universitetida ishlagan Stanislav Smirnov 2010 yilda u Filds medalini ham qo'lga kiritdi. Matematik olamidagi eng nufuzli mukofot unga ikki o'lchovli perkolatsiyaning konformal o'zgarmasligini isbotlashi va Ising modelining 2013 yilda taqdim etilgan. statistik fizika- talaffuz qilib bo'lmaydigan nomga ega bu narsa nazariyotchilar tomonidan materialning magnitlanishini tasvirlash uchun ishlatiladi va kvant kompyuterlarini ishlab chiqishda qo'llaniladi.

Andrey Okunkov. Foto: “Ozodlik” radiosi

Perelman va Smirnov Leningrad matematika maktabining vakillari, taniqli 239-maktab va Sankt-Peterburg davlat universitetining matematika va mexanika fakulteti bitiruvchilari. Ammo matematika bo'yicha Nobel mukofotiga nomzodlar orasida moskvaliklar ham bor edi, masalan, Kolumbiya universiteti professori, uzoq yillar AQShda ishlagan va Moskva davlat universiteti bitiruvchisi. Andrey Okunkov . U 2006 yilda Perelman bilan bir vaqtda ehtimollar nazariyasi, vakillik nazariyasi va algebraik geometriyani bog‘lovchi yutuqlari uchun Filds medalini oldi. Amalda, Okunkovning yillar davomida qilgan ishlari statistik fizikada kristallarning sirtlarini tasvirlashda ham, simlar nazariyasida ham - printsiplarni birlashtirishga harakat qiladigan fizika sohasida qo'llanilishini topdi. kvant mexanikasi va nisbiylik nazariyasi.

Hikoya

Piter Turchin. Surat: Texnologiya universiteti Stivens

Matematika chorrahasida yangi nazariya va gumanitar fanlar taklif qildi Petr Turchin . Ajablanarlisi shundaki, Turchinning o‘zi matematik yoki tarixchi emas: u Moskva davlat universitetida tahsil olgan, hozirda Konnektikut universitetida ishlaydigan biolog bo‘lib, populyatsiyalarni o‘rganadi. Populyatsiya biologiyasi jarayonlari uzoq vaqt davomida rivojlanadi va ularni tavsiflash va tahlil qilish ko'pincha qurilishni talab qiladi matematik modellar. Ammo modellashtirishdan insoniyat jamiyatidagi ijtimoiy va tarixiy hodisalarni yaxshiroq tushunish uchun ham foydalanish mumkin. Turchin 2003 yilda aynan shunday qilgan edi yangi yondashuv kliodinamika (tarix muzeyi Clio nomidan). Ushbu usuldan foydalanib, Turchinning o'zi "dunyoviy" demografik tsikllarni o'rnatdi.

Tilshunoslik

Andrey Zaliznyak. Surat: Mitrius/wikimedia

Har yili Novgorodda, shuningdek, Moskva, Pskov, Ryazan va hatto Vologda kabi boshqa qadimgi rus shaharlarida, yoshi 11-15-asrlarga to'g'ri keladigan ko'proq qayin po'stlog'i harflari topiladi. Ularda siz shaxsiy va rasmiy yozishmalar, bolalar mashqlari, rasmlari, hazillari va hatto sevgi maktublarini topishingiz mumkin - "Chardaq" eng kulgili qadimiy rus yozuvlari haqida. Harflarning tirik tili tadqiqotchilarga Novgorod lahjasini, shuningdek, oddiy odamlarning hayotini va Rus tarixini tushunishga yordam beradi. Qayin qobig'i hujjatlarining eng mashhur tadqiqotchisi, albatta, Rossiya Fanlar akademiyasining akademigi. Andrey Zaliznyak : Uning yangi topilgan harflar va eskilarini ochishga bag'ishlangan yillik ma'ruzalari odamlar bilan to'lib-toshgani bejiz emas.

Klimatologiya

Vasiliy Titov. Surat noaa.gov dan

2004 yil 26 dekabr kuni ertalab Indoneziyadagi fojiali tsunami kuni, turli ma'lumotlarga ko'ra, 200-300 ming kishi halok bo'lgan, NSU bitiruvchisi, Milliy okean va atmosfera ma'muriyatining Tsunami tadqiqot markazida ishlagan. Sietlda (AQSh), Vasiliy Titov mashhur uyg'ondi. Va bu shunchaki so'z emas: sodir bo'lgan eng kuchli zilzila haqida bilib Hind okeani, olim yotishdan oldin o‘z kompyuterida sunami to‘lqinini bashorat qilish dasturini ishga tushirishga qaror qildi va uning natijalarini internetga joylashtirdi. Uning prognozi juda to'g'ri bo'lib chiqdi, ammo, afsuski, bu juda kech qilingan va shuning uchun odamlar qurbonlarining oldini ololmagan. Hozirda Titov tomonidan ishlab chiqilgan MOST tsunami prognozlash dasturi dunyoning ko'plab mamlakatlarida qo'llaniladi.

Astronomiya

Konstantin Batygin. Surat caltech.edu dan

2016 yil yanvar oyida dunyoni yana bir yangilik hayratda qoldirdi: bizning ona yurtimizda quyosh sistemasi. Kashfiyot mualliflaridan biri Rossiyada tug'ilgan Konstantin Batygin Kaliforniya universitetidan. Neptun orbitasidan tashqarida joylashgan oltita kosmik jismning harakatini o'rganib, oxirgisi tan olingan. bu daqiqa sayyoralar, olimlar Neptundan Quyoshgacha bo'lgan masofadan etti marta kattaroq masofada Quyosh atrofida aylanadigan boshqa sayyora bo'lishi kerakligini ko'rsatish uchun hisob-kitoblardan foydalanganlar. Uning o'lchami, olimlarning fikriga ko'ra, Yer diametridan 10 baravar katta. Biroq, uzoqdagi gigantning mavjudligiga to'liq ishonch hosil qilish uchun uni hali ham teleskop bilan ko'rish kerak.

Mixail Lukin guruhida ishlaydigan Garvard universitetining rossiyalik va amerikalik olimlari bugungi kunda dunyodagi eng kuchli 51 kubitli kvant kompyuterini yaratdilar. Bu haqda Rossiya Kvant Markazi (RCC) hammuassisi professor Lukin iyul oyida Moskvada RQC homiyligida boʻlib oʻtgan Kvant texnologiyalari boʻyicha xalqaro konferensiya (ICQT-2017)dagi maʼruzasida maʼlum qildi.

Xotirasi ikkilik kod (0 yoki 1, "ha" yoki "yo'q") printsipi asosida qurilgan klassik raqamli kompyuterlardan farqli o'laroq, kvant kompyuterlari kubitlar - kvant bitlari asosida qurilgan. Ular, shuningdek, ikkita holatga (0 va 1) ruxsat beradilar, ammo kvant xususiyatlari tufayli qubit qo'shimcha ravishda superpozitsiya holatlariga, ya'ni nisbatan aytganda, murakkab (xayoliy) raqamlar bilan tasvirlangan ikkita asosiy holat o'rtasidagi ko'plab oraliq holatlarga imkon beradi. Ko'rinib turibdiki, bunday sharoitda kvant kompyuterining kuchi va tezligi bir necha marta kattaroqdir.

Sof hal qilish uchun kvant hisoblashidan foydalanish g'oyasi matematik muammolar 1980 yilda Steklov institutidan Yuriy Manin tomonidan taklif qilingan va bir yil o'tgach, kvant kompyuterini qurish printsipi Richard Feynman tomonidan ishlab chiqilgan. Ammo o'z g'oyalarini amalga oshirishi mumkin bo'lgan texnologiyalar paydo bo'lishidan oldin o'nlab yillar o'tdi.

Asosiy muammo barqaror ishlaydigan kubitlarni yaratish edi. Lukin guruhi ular uchun o'ta o'tkazgichlardan emas, balki juda past haroratlarda lazer tuzoqlari ichida saqlanadigan sovuq atomlardan foydalangan. Bu fiziklarga 51 kubitli dunyodagi eng katta kvant kompyuterini yaratish va Merilend universitetidagi Kristofer Monro guruhidagi hamkasblarini (5 kubitli qurilma) va Google kompaniyasidan Jon Martinis guruhidan (22 kubitli qurilma) ortda qoldirish imkonini berdi.

Majoziy ma'noda, qubit kompyuterni qurishda fiziklar o'tgan asrning birinchi yarmidagi raqamli qurilmalardan analog qurilmalarga qaytishdi. Endi ularning vazifasi "raqamli" ga yangisiga o'tish, kvant darajasi. Lukin jamoasi "sovuq atomlar" asosidagi qubitlar to'plamidan foydalanib, klassik kompyuterlar yordamida simulyatsiya qilish juda qiyin bo'lgan bir nechta maxsus jismoniy muammolarni hal qilishga muvaffaq bo'ldi.

Yaqin kelajakda olimlar kvant kompyuteri bilan tajribalarni davom ettirish niyatida. Bundan tashqari, sof yechim ilmiy vazifalar kvant mexanikasi sohasidan professor Lukin uning jamoasi unga hozirda mavjud shifrlash tizimlari kuchsiz bo'lgan mashhur Shor kvant algoritmini amalga oshirishga harakat qilishini istisno qilmaydi. Ammo yangi avlod kompyuterlari inqilob qilishi mumkin bo'lgan ko'plab amaliy sohalar mavjud. Masalan, gidrometeorologiya, hozirda mavjud hisoblash qurilmalarida ob-havo prognozlarining aniqligini oshirish uchun etarli quvvat yo'qligi aniq.

Kvant kompyuterlari birinchi qadamlarini qo'ymoqda, ammo ular hozirgi shaxsiy kompyuterlar kabi odatiy holga aylanib qoladigan vaqt uzoq emas.

MOSKVA, 14 iyul- RIA yangiliklari. Garvardda ishlaydigan rossiyalik va amerikalik olimlar 51 kubitdan iborat dunyodagi birinchi kvant kompyuterini yaratdilar va sinovdan o‘tkazdilar. Garvard universiteti professori va Rossiya kvant markazi (RCC) hammuassisi Mixail Lukinning aytishicha, qurilma hozirgacha o‘ziga xos eng murakkab hisoblash tizimi hisoblanadi.

Bu haqda fizik olim Moskvada RQC homiyligida o‘tkazilayotgan ICQT-2017 kvant texnologiyalari xalqaro konferensiyasida ma’ruza qilar ekan. Bu yutuq Lukin guruhiga bir necha yillardan beri norasmiy ravishda dunyoning bir necha yetakchi fiziklari guruhlari o‘rtasida bo‘lib o‘tayotgan to‘laqonli kvant kompyuterini yaratish poygasida yetakchi bo‘lishga imkon berdi.

Kvant kompyuterlari - bu kvant mexanikasi qonunlaridan foydalangan holda quvvati eksponent ravishda oshib boruvchi maxsus hisoblash qurilmalari. Bunday qurilmalarning barchasi kubitlardan iborat - xotira xujayralari va shu bilan birga noldan birgacha bo'lgan qiymatlar spektrini saqlashga qodir ibtidoiy hisoblash modullari.

Bugungi kunda bunday qurilmalarni ishlab chiqishda ikkita asosiy yondashuv mavjud - klassik va adiabatik. Ulardan birinchisining tarafdorlari qubitlar oddiy raqamli qurilmalar ishlaydigan bir xil qoidalarga bo'ysunadigan universal kvant kompyuterini yaratishga harakat qilmoqdalar. Bunday hisoblash moslamasi bilan ishlash muhandislar va dasturchilarning oddiy kompyuterlarni boshqarish usulidan unchalik farq qilmaydi. Adiabatik kompyuterni yaratish osonroq, lekin uning ishlash tamoyillari zamonaviy raqamli qurilmalarga emas, balki 20-asr boshidagi analog kompyuterlarga yaqinroqdir.

O'tgan yili AQSh, Avstraliya va Yevropaning bir qancha davlatlaridan bir nechta olimlar va muhandislar jamoasi bunday mashina yaratishga yaqin ekanliklarini e'lon qilishdi. Ushbu norasmiy poygada yetakchi sifatida bunday hisob-kitoblarga analog va raqamli yondashuv elementlarini birlashtirgan universal kvant kompyuterining noodatiy “gibrid” versiyasini ishlab chiqayotgan Google kompaniyasidan Jon Martinis jamoasi hisoblandi.

Lukin va uning RCC va Garvarddagi hamkasblari Martinis guruhini chetlab o'tishdi, Martinisning RIA Novostiga aytishicha, hozir Google olimlari kabi supero'tkazgichlar emas, balki ekzotik "sovuq atomlar" yordamida 22 kubitli kompyuter yaratish ustida ishlamoqda.

Rossiya va amerikalik olimlar aniqlaganidek, maxsus lazerli "qafaslar" ichida saqlanadigan va juda past haroratgacha sovutilgan atomlar to'plami kvant kompyuteri uchun qubitlar sifatida ishlatilishi mumkin, bu juda keng sharoitlarda barqaror ishlashni ta'minlaydi. Bu fiziklarga 51 kubitdan iborat eng katta kvant kompyuterini yaratishga imkon berdi.

Shunga o'xshash kubitlar to'plamidan foydalanib, Lukin jamoasi allaqachon "klassik" superkompyuterlar yordamida simulyatsiya qilish juda qiyin bo'lgan bir nechta jismoniy muammolarni hal qildi. Misol uchun, rossiyalik va amerikalik olimlar bir-biriga bog'langan zarrachalarning katta buluti qanday harakat qilishini hisoblab chiqishga muvaffaq bo'lishdi va unda ilgari noma'lum bo'lgan ta'sirlarni aniqladilar. Ma'lum bo'lishicha, qo'zg'alish pasayganda, tebranishlarning ma'lum turlari tizimda deyarli cheksiz vaqt davomida qolishi va saqlanib qolishi mumkin, buni olimlar ilgari taxmin qilmagan.

Ushbu hisob-kitoblar natijalarini tekshirish uchun Lukin va uning hamkasblari oddiy kompyuterlarda o'xshash hisob-kitoblarni juda qo'pol shaklda amalga oshirish imkonini beradigan maxsus algoritmni ishlab chiqishlari kerak edi. Natijalar umuman bir xil bo'lib, Garvard olimlarining 51 kubitlik tizimi amalda ishlayotganini tasdiqladi.

Yaqin kelajakda olimlar kvant kompyuteri bilan tajribalarni davom ettirish niyatida. Lukin uning jamoasi Shorning mashhur kvant algoritmini ishga tushirishga harakat qilishini istisno etmaydi, bu esa RSA algoritmi asosida mavjud shifrlash tizimlarining aksariyatini buzish imkonini beradi. Lukinning so'zlariga ko'ra, kvant kompyuterining birinchi natijalariga ega maqola allaqachon ko'rib chiqiladigan ilmiy jurnallardan birida nashrga qabul qilingan.