«Квантовый компьютер перевернет мир»
Профессор Владимир Шалаев утверждает, что скоро все приборы будут работать на квантовых принципах и Россия может стать одним из пионеров перехода в эту новую эру
Владимир Шалаев – один из ведущих в мире специалистов в области метаматериалов и квантовых технологий. Он – профессор вычислительной техники Университета Пердью (США, штат Индиана), член консультативно-научного совета фонда «Сколково». А познакомились мы с ним в Минске – на выездном заседании фонда, где Шалаев рассказывал об уникальном проекте нового квантового центра в России. Более 20 лет прожив за границей, Владимир по-прежнему считает себя гражданином нашей страны, имеет российский паспорт и всегда говорит: «У нас в России».
– Владимир, скажите, когда начнет работать новый квантовый центр в Сколково?
– Сейчас он на стадии становления. Это будет центр мирового уровня. Наука в центре на 70 процентов будет фундаментальной, но ее результаты во многом получат практическое применение. Законы квантовой физики открывают новые потрясающие возможности. Мы на пороге новой эры квантовых компьютеров. Уверен, персональный квантовый компьютер перевернет мир. Как скоро? Фундаментальные разработки для его создания потребуют пять-десять лет.
– Но фундаментальные исследования всегда связаны с риском, ведь заранее результат не очевиден…
– Поэтому в первую очередь мы выбираем для центра те исследования, которые очень скоро приведут к практическим применениям. Уже есть стартап компании, связанные с нашим центром, которые сегодня пытаются выходить на рынок со своими разработками в области нанофотоники. А это значит, что через год-два возникнут реальные компании, которые начнут продавать свои продукты. Иными словами, мы пытаемся вести не только долгосрочные, но и краткосрочные исследования. Россия должна быть на карте тех исследовательских центров, которые определяют науку и технологию в мире. В нашем научном совете – лидеры в этой области науки.
– По каким критериям будете приглашать специалистов в свой центр? И кому намерены отдавать предпочтение – россиянам или иностранцам?
– Мы будем приглашать ученых со всего мира на конкурсной основе с обязательными публикациями в престижных иностранных журналах, например Nature, Science… Конечно, русских будет много. Ведь идея «Сколково» в том, чтобы создавать новые рабочие места в России. Но мы очень отстали и, если привлекать только своих, не выйдем на конкурентоспособный уровень. Центру необходимы ведущие зарубежные ученые. И слава богу, что они соглашаются! Кстати, зарплаты в центре вполне соизмеримы с западными, оборудование – на самом высоком уровне. Кроме того, многие иностранцы – русские по происхождению. Вообще-то не бывает отдельно российской и зарубежной науки. Если у тебя самый высокий уровень цитируемости в России, но при этом тебя никто не знает за рубежом, это еще не значит, что ты занимаешься наукой.
– А вас не пугает, что российские законы, например закон о госзакупках, могут создать множество проблем с реализацией этого проекта?
– Пугает.
– Почему же тогда вы согласились работать на родине?
– Многие задают мне этот вопрос, называют романтиком, не понимая, зачем мне лишние проблемы, если в Америке у меня есть все! Я считаю, что должен своей стране, поскольку здесь получил образование. Я люблю Россию, культурно принадлежу ей и потому вместе с другими учеными и бизнесменами искренне хочу, чтобы в России была наука мирового уровня. Среди бизнесменов, кстати, много бывших физиков, которые пока работают на идею, сознавая, что на этом денег они в ближайшее время не сделают. Но все уверены, что именно здесь будет прорыв, огромные технологические возможности, основанные на законах квантовой науки, а это позволит поставить перед промышленностью принципиально новые задачи.
– То есть квантовые технологии позволят существенно ускорить передачу информации по сравнению с современной электроникой. И до каких же пределов?
– Правильный вопрос. Современная наноэлектроника не сможет обрабатывать информацию быстрее чем 100 гигагерц (то есть 1011 в секунду) – не позволят фундаментальные законы классической физики. Первый способ увеличить скорость информации – заменить электроны фотонами, которые распространяются с предельно возможной скоростью – скоростью света. Но и здесь есть пределы, связанные с частотой света фотонов 1015. Иначе говоря, компьютеры на фотонах можно ускорить всего в одну-десять тысяч раз. Для большего ускорения информации необходимы законы квантовой физики, то есть работа с одиночными фотонами – чисто квантовыми объектами с принципиально новыми свойствами. В сегодняшней электронике все строится на том, есть или нет информации, – 0 или 1. А в квантовых системах возможна ситуация, когда у вас есть все между 0 и 1, что позволяет параллельно делать очень много операций. Тогда теоретически в ускорении информации не будет предела. Практически же предел будет зависеть от конкретного технологического решения.
– Но как управлять не имеющими заряда фотонами?
– Манипулировать фотоном можно с помощью искусственных метаматериалов. Им можно придать любые нужные свойства, даже не существующие в природе. Ведь создают метаматериалы на основе искусственно созданных атомов. При взаимодействии с ними фотон может менять свойства. Измененное состояние может играть роль 0 или 1. В нанофотонике это и станет новой единицей информации – кьюбитом. А между
0 и 1 будут квантовые состояния. Пока непонятно, какой свет использовать, какие конкретно материалы. Все зависит от того, как это все вместе будет работать.
– Но ведь некоторые технологии в области квантовой науки уже существуют…
– Да, например, квантовая криптография, позволяющая надежно кодировать секретную информацию. Уже сейчас есть компании, которые выпускают и продают приборы на ее основе. Это важно, например, для банков. На основе метаматериалов создаются приборы, которые позволяют видеть вещи много меньшие, чем длина волны, датчики со сверхвысокой чувствительностью, не доступной для обычных приборов. На основе квантовых законов разработаны часы, позволяющие очень точно отмерять время. В конце концов все электронные приборы станут квантовыми.
– Как же они изменят наш мир лет через двадцать-сорок?
– Это уже научная фантастика. Хотя если бы раньше кто-то мне сказал, что я буду заниматься оптической невидимостью, я бы ответил, что занимаюсь серьезной наукой, а не научной фантастикой. Но сегодня это возможно. К примеру, можно создать такой метаматериал, что свет будет обтекать его и он будет невидим. Но это не главное применение. А вот видеть объекты, которые намного меньше длины волны света, это да! Оказывается, новые метаматериалы позволяют создавать такие приборы, которые способны видеть отдельные молекулы, вирусы. Вот это инновационно, поскольку поднимает диагностику на новый уровень. Все идет к тому, что составляющие элементы всех приборов станут много меньше: не микроны, а нанометры. Мы на пороге новой эры, когда все наши гаджеты станут гораздо мощнее и то, что они делают, будет другого уровня. К примеру, любой телефон обеспечит самое высококачественное видео. Еще пять лет назад это было далеко от реальности. Сейчас есть четкое ощущение того, что это произойдет.
– А вы сами следите за последними моделями гаджетов?
– У меня даже телевизора дома нет. Но есть айфон. За моделями не слежу. Мне интересны новые научные задачи.
справка «нв»
Владимир Шалаев – постоянный автор таких известных изданий, как Nature, Science, PRL и других, автор более 200 научных публикаций. В 2008 году был удостоен медали Макса Борна – высшей награды Американского оптического общества. Имеет и другие награды за исследовательскую работу в области метаматериалов и нанооптики.
Беседовала Лидия Березнякова
