Что сейчас происходит в лабораториях и научных центрах на берегах Невы? Передовые научные исследования и разработки, которые изменят мир — в репортаже Полины Ганичевой.

ЮРИЙ ЗИНЧУК, ведущий программы «Пульс города»:

«А теперь давайте поговорим о науке. Ведь наука — это не только какая-то деятельность в лабораториях и исследовательских центрах. Как показала трагедия в Турции, и я об этом уже говорил, наука иногда — это один из способов выживания человечества или возможность выхода на какие-то новые горизонты реальности. Например, создание квантового компьютера, которое позволит тестировать лекарства в миллиарды раз быстрее, чем современные системы. А, значит, будет изобретено и лекарство против рака или против других страшных болезней. Я уже не говорю про создание искусственного интеллекта, которое выведет человечество на новую ступень развития. Вот почему 8 февраля — день, когда мы отмечаем День российской науки, — это наш общий праздник.

В этот день Президент Владимир Путин вручал награды выдающимся учёным современности. Среди них оказались и молодые специалисты Санкт-Петербургского государственного университета. Ирина Тимофеева и Андрей Шишов. Они удостоены премии президента России за разработку методов быстрого и точного анализа с экстракцией — выделением требуемого вещества из пробы. Суть их изобретения, если объяснить простыми словами, — это возможность очень быстро, используя минимум исходного материала, почти мгновенно определять состав вещества. Любого вещества. Это изобретение бесценно для медицины, пищевой промышленности, космических исследований и тех областей деятельности человека, где надо знать состав вещества. То есть, по сути, везде-везде-везде.

Поздравляем наших петербургских учёных с этим прорывом. И давайте посмотрим, а что ещё сейчас происходит в лабораториях и научных центрах на берегах Невы? А ведь там сейчас проходит в буквальном смысле передовая научных исследований. Тех исследований, которые через некоторое время станут прорывом, в прямом смысле этого слова, мирового масштаба. Безумно интересная тема. И её тайны нам откроет Полина Ганичева».

НЕЙРОПРОТЕЗЫ

Маленькая эластичная пленка на модели позвоночника — нейроимплант. В Институте физиологии Павлова, в кабинете, где оперировал сам академик, теперь разрабатывают и испытывают протезы для пациентов с травмами спинного мозга. Руководитель лаборатории Павел Мусиенко скромно рассказывает о том, как его команде удалось победить паралич. Пока у животных.

ПАВЕЛ МУСИЕНКО, руководитель лаборатории нейромодуляции двигательных и висцеральных функций Института физиологии им. И.П. Павлова РАН:

«Здесь повреждение. И часть спинного мозга находится в изоляции. Или в частичной изоляции от сигналов головного мозга. Поэтому там возникают нейропластические процессы, которые манифестируются параличом конечностей. Оказывается, можно влиять на зону спинного мозга ниже уровня повреждения, стимулируя активность электрически».

Через электроды на импланте. Если при этом помочь протезу тренировками и специальными препаратами, то даже в изоляции от сигналов головного мозга нейронные сети начнут работать. Образуются новые связи в обход повреждения. Вот как это работает на практике. Животное с параличом конечностей. Переводя на человеческий язык, пациент после ДТП или падения с высоты. Животному устанавливают имплант с электродами, и вот всё тот же пациент с параличом конечностей идёт!

Оборудование собственной разработки фиксирует каждый шаг животного. Вот сработала мышца-сгибатель, вот разгибатель. Сейчас проект на этапе доклинических испытаний. Результаты у приматов даже лучше, чем у крыс. Если всё пройдёт успешно, то вот так, шаг за шагом, на ноги сможет встать человек с неизлечимой раньше травмой.

КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР

21 век меняет представления о скорости и производительности. «Цифра», которая раньше казалась вершиной прогресса, теперь может стать аутсайдером. Обычный компьютер, оперирующий битами, уступает новой идее квантового компьютера с его кубитами – объясняет физик Алексей Кавокин. Он вместе с коллегами из нескольких стран пытается создать это устройство будущего.

АЛЕКСЕЙ КАВОКИН, руководитель группы квантовой поляритоники российского квантового центра, доктор физико-математических наук:

«Квантовая система отличается от классической тем, что вы сразу видите все варианты решений. Сразу в поле решений. И дальше квантовый алгоритм, он выбирает один из них. Вот Гарри Поттер летит на метле. А вокруг него ключи. Тысячи ключей. И ему нужно выбрать один, но он видит их все. И поскольку он Гарри Поттер, могущественный волшебник, он понимает — вот тот, который нужен, и летит прямо к нему».

Взлом шифра, состав вакцины от рака, формула альтернативного топлива – эти задачи современный компьютер будет решать перебором вариантов сотни лет, а квантовый справится за секунды. То же самое, увы, и с банковскими данными, и с формулами нового оружия.

Квантовая криптография — этот метод основан на явлении квантовой запутанности, когда две частицы при взаимодействии как бы синхронизируются по скорости, положению и другим характеристикам. Изменение одной из них мгновенно меняет вторую. Как бы далеко друг от друга они не находились.

И это уже реальная разработка, которую можно использовать. Сверхнадёжный способ защиты информации. И это только часть того, что могут кванты в этом состоянии. А если между такими частицами будет не несколько стран, а несколько миллиардов световых лет?

ИСТОЧНИКИ ОДИНОЧНЫХ ФОТОНОВ

Философский камень 21 века – кубит, главный «стройматериал» для квантового компьютера и других разработок. Его можно создать разными способами. В лаборатории института Иоффе это делают при помощи фотонов. Чтобы получить их, выращивают специальные «квантовые точки».

МАКСИМ РАХЛИН, научный сотрудник физико-технического института им. А. Ф. Иоффе, кандидат физико-математических наук:

«У вас есть вакуумная камера. Там достигается очень высокий вакуум. Лучше, чем в космосе. И, соответственно, там есть источники различных материалов: галлия, индия, мышьяка. И послойно, с атомарной точностью, вы можете выращивать слой под слоем».

На этот «слоёный пирог» (квантовую точку) воздействуют лазером. В идеале один импульс должен давать один фотон с конкретными характеристиками. Будущий кубит. Но сам этот процесс вы  просто не увидите. Это наномир.

ПОЛИНА ГАНИЧЕВА, корреспондент:

«Образец среднего размера. В длину, мне кажется, не больше пяти мм. Так вот в этом образце, который похож, наверное, на микрочип современного смартфона, в нём — только представьте — миллионы квантовых точек. То есть потенциальных источников нужных нам одиночных фотонов. И вот может оказаться, что из миллиона, которые мы проведём с этим образцом, успешным будет только один. Или не будет».

Невидимые частицы нужно не только получить, но и собрать, усилить, а потом направить. Специалисты ориентируются по приборам. Нужна кристально понятная картинка.

В гонке за самый яркий источник фотонов в мире лучший показатель пока только 57% из 100 необходимых. Швейцария. Для сильнейших квантовых лабораторий мира — США, Китая, России и Западной Европы — это только середина пути. Пока квантовый компьютер это настолько же научная реальность, насколько фантастика.

Разница между научной фантастикой и наукой — в вопросах, на которые они отвечают. Первая — «Как удивить?», вторая — «Как помочь?». Да, возможно до книжных клише о будущем нам ещё далеко. Но функциональные важные изобретения, которые отвечают на вызовы времени, это уже не фантастика. Это новая реальность Петербурга.