Зоопарк на волоске и другие тонкости. Примет ли Россия участие в квантовой революции?

В университете при отечественной Силиконовой долине – Сколтехе – появился научный клуб Skoltech SciTalks 1.0. Представителей СМИ пригласили на первую встречу с профессорами Сколковского института науки и технологий, которые провели своеобразный научный марафон о мировых тенденциях в этой сфере и состоянии передовых технологий в России.

Надо сказать, что Сколтех – университет в высшей степени необычный для России, здесь учатся, по сути, уже молодые ученые, имеющие или заканчивающие высшее образование (хорошисты и краснодипломники), а преподают профессора ведущих университетов мира, в том числе основного партнера вуза – знаменитого МITа (Массачусетского технологического института). Обучение здесь происходит на английском языке. А еще тут ведется серьезная научная работа, для этого приглашены лучшие отечественные и иностранные ученые.Разумеется, 15-минутные доклады не лекции и не позволяют в полной мере судить об уровне преподавания в Сколтехе, но все-таки дают представление о тех темах, которые тут изучаются. Это и собственно научные проблемы, и, как это принято в мире, бизнес-идеи, касающиеся внедрения разработок в производство и жизнь. С последним у нас по-прежнему плоховато. Пора активизироваться, например, и срочно увеличивать долю России на чрезвычайно быстро развивающемся сейчас рынке фотоники (пока она 0,1%). Фотоника – раздел электроники, занимающийся работой с оптическими сигналами, а также созданием на их базе устройств.Известный физик, руководитель по работе с преподавательским составом Сколтеха, она же заведующая кафедрой квантовых жидкостей Кембриджского университета, Наталия Берлова популярно объяснила огромные возможности фотонов, или квантов света, как известно, объединяющих в себе свойства необъединимого – частицы и волны.- Правда, христиане столкнулись с подобным противоречием – Троицей – две тысячи лет назад, а физики – лишь сто, – пошутила Наталия.Фотоны гораздо быстрее электронов, ведь двигаются со скоростью света, а это значит, что устройства на основе фотонов должны быть куда более скоростными, энергоэффективными и миниатюрными. По сути, мир стоит на пороге квантовой революции, поскольку фотоника должна сменить электронику, став таким же локомотивом научного развития в ХХI веке, каким последняя была в ХХ. Не зря ЮНЕСКО назвала следующий год Международным годом света.Огромные дополнительные возможности для исследователей открывают различные состояния фотонов, так называемые квазичастицы – экситон, поляритон, фонон и другие. Говорят даже о зоопарке квазичастиц. Проблема в том, чтобы получить возможность работать с этими суперскоростными «феррари», для этого их нужно «поймать» и придать им такую скорость и состояния, которые нужны. Ученые научились это делать относительно недавно при помощи конденсации Бозе – Эйнштейна – замедления атомов при температурах, близких к абсолютному нулю. И вот в 2000 году физикам Гарварда удалось уменьшить скорость света с 300000 км/с до 0,2 мм в секунду! При этом фотоны синхронизируются и их можно организовать в единую структуру, которая уже видна если не невооруженным глазом, так в школьный микроскоп точно. Например, если два облака охлажденных частиц поместить на расстоянии 20 микрон – это чуть меньше размера человеческого волоса, любое изменение на уровне одного кванта будет отражаться на всей структуре. На этом принципе могут работать сверхчувствительные датчики или лазеры. Фотоника вообще несет с собой неисчислимые прорывные технологии: это и 2D-кристаллы для следующего поколения средств обработки информации, и создание более совершенных сенсоров и оптоэлектрических систем (представьте невидимую пленку, которая светится, да еще и проводит ток), сверхтонких лазеров для медицины, наконец квантового компьютера и т. д.Фотоника, как и нанотехнологии, робототехника и ряд других направлений, входит в список передовых производственных технологий, которые сейчас развивают во всем мире. Их необходимость четко осознали после кризиса 2008-2009 годов, в ряде стран – научных лидерах – были созданы правительственные программы поддержки этих сегментов. Так, в США такая программа была принята в 2011 году, в Англии – в 2012-м, а в Германии – в 2013-м. У нас государство пока только прощупывает почву. На научном марафоне в Сколкове доктор экономических наук Ирина Дежина рассказала о главных пунктах публичного аналитического доклада, сделанного по заказу Минобрнауки, о «русском пути» в достижении высоких технологий. В итоге анализа существующего положения на этом рынке экономисты предложили государству создавать проектные консорциумы, центры перспективных исследований на базе НИИ или вузов и инфраструктурно поддерживать малые и средние компании. Образцом в этом смысле может служить новосибирский научный центр – Академпарк, где, как пишут на их сайте, «научные разработки воплощаются в промышленные технологии».Сколтех, разумеется, и сам не дремлет. В нем созданы исследовательские центры, занимающиеся перспективными направлениями науки. Как тот же Центр фотоники и квантовых материалов или биомедицинский кластер. Лабораторию по исследованию мозга возглавляет российский ученый Филипп Хайтович. Выпускник МГУ, он успел поработать и в Иллинойском университете в Чикаго, в Институте эволюционной антропологии им. Макса Планка в Германии, и в Китайской академии наук. Когда Филипп услышал о создании Сколкова, то захотел вернуться на родину, прошел конкурс в Сколтехе и возглавил лабораторию. В ней биологи совместно с математиками будут обрабатывать огромное количество данных работы человеческого мозга и строить на их основе модели нейронных сетей. А на последних уже можно понять, как использовать все возможности мозга, а также подробно изучать механизмы нейрозаболеваний, чтобы знать, как их предотвратить, и т. д. Современная наука научилась хорошо визуализировать все структуры мозга с помощью 3D-микроскопии и других методов. К примеру, мозг мыши научились делать полностью прозрачным и доступным для изучения. Но одно дело – мелкий грызун, другое – человек. Тут все гораздо сложнее.Хайтович, как и другие «мозговеды», не скрывает, что к раскрытию тайн главного органа человека, можно сказать, наука еще только подступает. Так, она пока не может ответить детально, почему человек умнее высших обезьян.- Анатомически мозг шимпанзе и человека устроен полностью идентично, – говорит ученый. – Может быть, дело в объеме нейронов, то есть размер имеет значение? Или здесь играют роль наши большие лобные доли? Но как быть тогда с тем, что существуют случаи, когда человек живет лишь с половиной мозга – как две девочки в Голландии и в США, которым в три года провели соответствующую операцию для излечения от эпилепсии? И эти малышки не отличаются интеллектуально от сверстников, ходят в школу, балетную студию, но самое удивительное – одна из них знает три языка, хотя у нее удалена часть мозга, где расположен речевой центр.Тут дело не только в огромных компенсаторных возможностях и пластичности мозга и даже не в возрастных особенностях его созревания (после достижения 10 лет подобный «фокус» не получится, человек станет ментальным инвалидом, поскольку пик активности формирования нейронных связей у человека приходится на 5-10 лет).- У человека по сравнению с животными мыслительный процесс протекает на другом молекулярном уровне, да и формирование синоптических контактов (чем их больше, тем больше ассоциаций у человека и он умнее) продолжается всю жизнь, а не заканчивается рано, как у обезьян, – поясняет Хайтович. – То есть ключ к решению – непрекращающееся развитие мозга.А вот подробности, молекулярные тонкости процесса – как раз круг задач лаборатории мозга Сколтеха. Хочется надеяться, что российские ученые приподнимут завесу тайны хотя бы над частью загадок, которые таит в себе наш разум.