close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Российский квантовый центр

код для вставкиСкачать
Российский квантовый центр
Фундаментальный старт элементарной революции 2
Содержание
По силам ли России квантовый рубеж?3
Векторы фундаментальных разработок 5
Компьютер 6
Криптография 6
Моделирование 7
Часы 8
Датчики 8
В 2012 г. все только начнется 9
Квантовый рубеж. Иллюстрация В. Зюрека
Фундаментальный старт элементарной революции 3
По силам ли России квантовый рубеж?
Представьте себе, что вы пришли на стадион и обнаружили, что мяч летит одновременно через двое ворот и ведет себя по-разному, в зависимости от того, есть ли на стадионе пу-
блика. Такие явления невероятны в мире больших предме-
тов, в котором мы живем, но вполне обыденны в микроско-
пическом мире атомов, ионов, фотонов, электронов, кото-
рый управляется законами квантовой физики.
В этот мир семимильны-
ми шагами движется со-
временная электроника. За последние десятиле-
тия число транзисторов в одном чипе удваивалось каждые два года (закон Мура), и если этот темп сохранится еще несколь-
ко лет, размеры транзи-
стора приблизятся к атомным. Сделать транзистор разме-
ром меньше атома вообще невозможно – попросту не из чего! А это значит, что все наши знания и умения, вся наша интуиция, которую мы приобрели за сто лет существования классической электроники, окажутся бесполезными.
Поэтому имеет смысл уже сейчас готовиться к пересечению квантового рубежа: изучать, что за ним, разрабатывать тех-
нологии, которые пригодятся после того, как мы шагнем в микромир, готовить специалистов. Это тем более важно по-
тому, что загадочный квантовый мир сулит инженерам не только дополнительные трудности, но и принципиально но-
вые технические возможности.
Квантовый рубеж уже многие годы штурмуют в Центре хо-
лодных атомов на базе Массачусетского и Гарвардского университетов, Институте Макса Планка в Мюнхене, Ин-
ституте фотоники в Барселоне и других научных организа-
циях во многих странах мира.
Россия заметно отстала в построении собственных форпо-
стов будущего. До сих пор квантовыми технологиями здесь занимались разрозненные группы ученых, не получавшие достаточного финансирования и действовавшие в отрыве от международного научного сообщества, находясь в жесткой бюрократической системе. Чтобы дать нашей стране шанс принять полноценное участие в этой технологической гон-
ке, ведущие отечественные и зарубежные квантовые физи-
ки создали Российский квантовый центр, который стал од-
ним из первых резидентов фонда «Сколково».
Новый организационный подход и сама модель Центра дают возможность создать новый механизм развития фун-
даментальной науки в России на базе гигантского интеллек-
туального потенциала нашей страны.
Закон Мура. Слева: число транзисторов в процессоре.
Справа: размер элементарных структур микросхем.
Гордон Мур
Фундаментальный старт элементарной революции 4
Векторы фундаментальных разработок
Российский квантовый центр – это не коммерческое пред-
приятие и не инвестиционный фонд. Его основная цель – фундаментальные исследования, призванные приумножить наши знания о природе квантового мира и разработать но-
вые принципы управления им. Фундаментальную науку часто недооценивают, потому что ее плоды не дают немедленной практической выгоды и мо-
ментальных конкурентных преимуществ. И в то же время ее значение для общества колоссально. Едва ли Андре-Мари Ампер, проводя в начале прошлого века опыты с магнитной стрелкой, мог предвидеть роль электричества в современ-
ной жизни. И кто знал, что исследователь плесневых гриб-
ков Александр Флеминг откроет антибиотики?
Да и изобретения в области квантовой физики уже перевора-
чивали мир и его экономику. Так, созданный в 1947 г. тран-
зистор первоначально рассматривался лишь как управляемое электрическое сопротивление. Позже изобретение подарило портативные радиоприемники, компьютеры, мобильные те-
лефоны и Интернет. Полвека назад еще одна фундаменталь-
ная разработка – оптический квантовый генератор – позво-
лила создавать излучение высокой степени когерентности. А сегодня лазеры проникли в каждую область нашей жиз-
ни – от указок и проигрывателей до скальпелей и баллисти-
ческих ракет.
И поэтому можно быть уверенным, что исследования Цен-
тра будут иметь практическую пользу для всего общества и каждого отдельного человека. Приведем несколько приме-
ров применения квантовых технологий.
Фундаментальный старт элементарной революции 5
Квантовый компьютер
Допустим, необходимо выполнить одну и ту же сложную ма-
тематическую операцию с большим набором исходных дан-
ных. Современный компьютер будет выполнять эту опера-
цию последовательно, а квантовый процессор, находясь в со-
стоянии суперпозиции
1
, может решать задачу для всех исхо-
дных значений параллельно. Это означает рост производи-
тельности на многие порядки.
Помимо прочего, квантовый компьютер чрезвычайно эффективен при разложе-
нии числа на простые множители – это имеет ключевое значение в сфере ин-
формационной безопасности. Ведь на-
дежность используемых повсеместно криптографических алгоритмов с от-
крытым ключом обеспечивается как раз тем, что разложение громадных чисел на множители – задача, не-
посильная для современных ЭВМ. А квантовый процессор «разгрызет» ее без труда. Проще говоря, изобретатель квантового компьютера сможет получить все деньги во всех банках и вы-
ведать любые военные секреты.
1
Принцип суперпозиции можно пояснить на примере песенки Винни-Пуха: «Мед, я никак не пойму в чем секрет, он если есть, то его сразу нет!» В квантовом мире состояния объектов могут иметь лишь дискрет-
ные значения, как, например, пустой или полный горшок меда. Возможны также и состояния суперпо-
зиции — например, сумма или разность пустого и полного состояний. Однако по своим свойствам такое состояние кардинально отличается от привычного нам полупустого горшка. Например, если Винни-Пух откроет крышку горшка в состоянии суперпозиции, он обнаружит либо горшок, полный меда, либо со-
вершенно пустой – но не что-то среднее.
Квантовая криптография
Квантовая информатика обещает не только орудия информа-
ционной войны, но и революционные средства защиты дан-
ных. В протоколах квантовой криптографии информация пе-
редается по оптоволоконным кабелям посредством элемен-
тарных частиц света – фотонов. Ее сохранность обеспечива-
ется тем, что даже самый чувствительный прибор ведет себя в квантовом мире подобно слону в посудной лавке: пытаясь узнать состояние квантовой частицы, он неизбежно ее изме-
нит.
Поэтому, если кто-то попытается «подслушать» инфор-
мацию, передаваемую по квантовому каналу, он неизбеж-
но «испортит» передаваемое сообщение – и таким образом будет замечен. Таким образом, можно создать линии свя-
зи, конфиденциальность которых обеспечивается фундамен-
тальными законами природы.
Аппарат для квантовой криптографии, выпускаемый швейцарской фирмой id Quantique
Фундаментальный старт элементарной революции 6
Квантовое моделирование
С помощью квантовых технологий можно моделировать твердое тело квантовым объектом с уже известными свой-
ствами. Квантовое моделирование может использоваться для создания сверхпрочных сплавов – или сверхпроводников, ра-
ботающих при комнатной температуре. Последнее способно привести к революции в электротехнической промышленно-
сти: удастся избавиться от потерь в линиях электропередач, которые только в России составляют около 100 млрд кВт-ч ежегодно. Откроются пути и для инноваций в сотовой связи, медицине, транспорте и бытовой технике.
«Квантовый микроскоп» в лаборатории Маркуса Грайнера (Гарвардский университет). Схема слева иллюстрирует устройство микроскопа, фото справа – фрагмент фотографии, на которой видны отдельные атомы рубидия в структуре, моделирующей различные фазовые состояния твёрдого тела.
Оптические часы
Еще одно многообещающее направление исследований Цен-
тра – компактные сверхточные часы. Квантовые часы ис-
пользуют в качестве маятника частоту перехода между кван-
товыми состояниями в атоме или ионе, максимально изоли-
рованном от внешних воздействий. Погрешность таких ча-
сов – 1 секунда за 3 миллиарда лет.
Эта инновация позволит достичь такой точности позицио-
нирования
2
, которая позволит полностью автоматизировать процесс управления любыми транспортными средствами. Возможно, в фантастических фильмах беспилотные автомо-
били управляются именно по такой технологии?
2 Местоположение и расстояния по спутниковым навигационным системам определяются временными промежутками между сигналами, передаваемым со спутника на GPS- или ГЛОНАСС-приемник.
Квантовые датчики
Высокая степень контроля над состоянием отдельных микро-
скопических систем, обеспечиваемая квантовыми технологи-
ями, позволяет создание квантовых датчиков. Их разрешаю-
щая способность может быть сравнима с размером одиноч-
ных атомов.
С помощью этой технологии станет возможным проведение магнитнорезонансной томографии отдельных клеток, их ча-
стей и даже отдельных молекул. Это открывает совершенно новые горизонты для биологии и медицины. Например, кван-
товые датчики помогут разобраться в структуре синаптиче-
ских связей головного мозга человека, сделав возможным ле-
чение его болезней, а в перспективе – искусственное созна-
ние.
Квантовый датчик на основе ми-
кроскопиче-
ского кристалла алмаза
Фундаментальный старт элементарной революции 7
В 2012 г. все только начнется
В России есть славная научная школа, мощная научная диа-
спора и сильные традиции образования. Есть и ресурсы. Все это – вкупе с поддержкой государства – дает Российскому квантовому центру весомые шансы на успех.
Инициаторы проекта – выпускники МФТИ, профессора физики Гарвардского университета Михаил Лукин и Евгений Демлер, одни из наи-
более влиятельных ученых в области квантовой физики в мире. Их усилиями собрана предста-
вительная команда ученых, включая нобелев-
ского лауреата Вольфганга Кеттерле. Центру ак-
тивно помогает и деловое сообщество, в частно-
сти основатель Parallels, физик по образованию Сергей Белоусов. К настоящему времени сфор-
мированы консультативный и попечительский советы, а также управляющий комитет Россий-
ского квантового центра.
В декабре 2010 г. наш проект был утвержден в статусе участника «Сколково» – это создало упрощенный финансовый и юридический ре-
жим работы Центра. Статус обязывает нас ве-
сти свою деятельность максимально откры-
то и прозрачно. А благодаря независимости (в этом – главное отличие от других отечествен-
ных научных организаций), у нас больше воз-
можностей интегрироваться в мировой научный рынок – а значит, легче эффективно работать. Но не взаперти от российской науки, наоборот. Решая свои научные задачи, Центр будет обу-
чать и воспитывать новое поколение молодых ученых и инженеров в традициях российской квантовой фи-
зики при участии элиты мировой науки. Сотрудники Центра будут преподавать в университетах России и привлекать сту-
дентов к исследованиям, а также к международному обмену и стажировкам.
В июле 2011 г. начинается конкурсный отбор ученых для работы в Центре. На нынешнем этапе планируется создать пять-шесть научных групп общей численностью около 50 че-
ловек. Через три года у Центра появится собственное зда-
ние в Сколково, и масштабы исследований вырастут вдвое. До возведения инфраструктуры иннограда лаборатории Цен-
тра будут действовать в одном из зданий МГУ: исследования стартуют в начале 2012 г.
Успешное развитие нашего проекта приведет к созданию аналогичных центров в других областях российской науки.
Сергей Белоусов
Михаил Лукин
Евгений Демлер
Фундаментальный старт элементарной революции 8
Итак, квантовые технологии – это новая эпоха в компьютерном шифровании, подбор лекарства по ДНК, точный прогноз погоды на лето, беспи-
лотный личный транспорт на солнечной энер-
гии, передаваемой со спутников лазерами, пре-
кращение споров о парниковом эффекте, резерв-
ное копирование мозга, голографический блок-
бастер в гостиной, быстрые легкосплавные само-
леты и дешевые авиабилеты, колонизация дру-
гих планет…
Словом, изменения, к которым приведет разви-
тие квантовых технологий, сравнимы по мас-
штабу с теми, которые полупроводниковая элек-
троника вызвала во второй половине XX века. Принципиальные открытия уже в пределах дося-
гаемости сегодняшнего поколения. И Российский квантовый центр даст этой элементарной, кван-
товой революции фундаментальный старт.
Фундаментальный старт элементарной революции 9
Управляющий комитет
Управляющий комитет выполняет основную работу, связанную со становлением Центра от начальной фазы до нормального функци-
онирования, объединяя усилия с поддерживающими и внешними институтами. По должности членами Управляющего комитета яв-
ляются председатели обоих руководящих советов Центра.
Томмасо Каларко (председатель)
Профессор квантовой информатики, Университет г. Ульма (Герма-
ния). Алексей Акимов
Hаучный сотрудник, Физический институт РАН им. Лебедева, офи-
циальный директор Российского Квантового центра.
Евгений Демлер
Профессор физики, Гарвардский университет.
Александр Львовский
Профессор физики, Университет Калгари (Канада).
Алексей Устинов
Профессор и заведующий кафедрой экспериментальной физики, Технологический институт Карлсруэ, Германия.
Томмасо
Каларко
Алексей
Акимов
Евгений
Демлер
Александр Львовский
Алексей
Устинов
Фундаментальный старт элементарной революции 10
Международный Консультативный Совет
Международный Консультативный Совет состоит из мировых ли-
деров в области квантовых технологий и отвечает за координацию научной деятельности Центра. Функции Совета включают:
•
Утверждение лидеров групп Центра.
•
Предложение новых членов Попечительского Совета и Между-
народного Консультативного Совета .
•
Назначение и увольнение Исполнительного директора Центра.
•
Ежегодное рассмотрение отчетов и оценка деятельности Центра.
Михаил Лукин
Профессор физики, Гарвардский университет.
Евгений Демлер
Профессор физики, Гарвардский университет.
Томмасо Каларко (Tommaso Calarco)
Профессор квантовой информатики, Университет г. Ульма (Герма-
ния).
Вольфганг Кеттерле (Wolfgang Ketterle)
Профессор физики, Массачусетский технологический институт, лауреат Нобелевской премии 2001 года.
Петер Цоллер (Peter Zoller)
Директор, Институт квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук, Инсбрук, Австрия.
Игнасио Сирак (Ignacio Cirac)
Директор теоретического отдела, Институт квантовой оптики им. Макса Планка, Гархинг, Германия.
Джон Дойл (John Doyle)
Профессор физики, Гарвардский университет.
Carl J. Williams (Carl J. Williams)
Начальник отдела атомной физики, Национальный Институт Стан-
дартов и Технологий (США).
Артур Экерт (Artur Ekert)
Профессор квантовой физики, Математический Институт, Оксфордский Университет.
Rainer Blatt (Rainer Blatt)
Профессор и директор, Институт экспериментальной физики, Иннсбрукский Университет.
Alexei Kitaev
Профессор физики и кибернетики, Калифорнийский Технологиче-
ский Институт.
Эммануэль Блох (Immanuel Bloch)
Профессор экспериментальной физики, Университет Людвига-
Максимиллиана, Мюнхен.
Михаил
Лукин
Евгений
Демлер
Томмасо Каларко
Вольфганг Кеттерле
Петер Цоллер
Игнасио
Сирак
Джон Дойл
Carl J. Williams
Артур Экерт
Rainer Blatt
Alexei
Kitaev
Эммануэль Блох
Фундаментальный старт элементарной революции 11
Попечительский Совет
Попечительский Совет (ПС), составленный из представителей бизнеса и правительства, осуществляет следующие функции:
•
Контроль за финансовой деятельностью Центра.
•
Связь Центра с индустрией и правительством.
•
Помощь в коммерциализации идей и технологий.
•
Формирование состава Международного консультативного сове-
та.
•
Помощь в привлечении дополнительных средств в Центр.
Совет также наделён полномочиями принимать решения о ликви-
дации Центра и изменении структуры Международного Консуль-
тативного Совета. В консультации с этим Советом ПС принимает решения о:
•
найме, увольнении и смене Исполнительного директора;
•
выделении дополнительных средств группам;
•
определении уровня зарплаты Исследователей;
•
размере финансирования, выделяемого партнерам для проведе-
ния совместных проектов с Центром.
Председатель: Сергей Белоусов – Председатель и исполнительный директор Parallels. Подтвержденные члены:
Давид Джонатан Гросс (David Jonathan Gross) – лауреат Нобелевской премии 2004 года, руководитель Института теоретической физики им. Фредерика Ф. Глюка в Институте Кальви Теоретической Физики Университета Калифорнии, Санта-
Барбара (связь с международной наукой).
Пауль Маритц (Paul Maritz) – исполнительный директор VMware Corporation (связь с международной индустрией).
Александр Абрамов – Председатель совета директоров Evraz (связь с российской индустрией).
Александр Галицкий – один из основателей Almaz Capital (связь с международными инвестициями).
Приглашенные члены:
Виктор Вексельберг – президент Фонда Сколково и член совета директоров ТНК-BP, председатель совета директоров компании Rusal.
Сергей
Белоусов
Давид
Джонатан Гросс
Пауль Маритц
Александр Абрамов
Александр Галицкий
Виктор Вексельберг
Автор
atner
atner950   документов Отправить письмо
Документ
Категория
Образовательные
Просмотров
602
Размер файла
1 827 Кб
Теги
наука, квант, quant, центр
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа