Почему именно свет сегодня стал объектом изучения физиков во всем мире

ОгонёкHi-Tech

«Электроника зашла в тупик»

Фотонный компьютер, WI-FI из лампочки, материалы-невидимки, боевые лазеры и сверхчувствительные сенсоры… все это плоды одной и той же науки — фотоники. О том, почему именно свет сегодня стал объектом изучения чуть ли не для половины физиков во всем мире, «Огоньку» рассказал профессор Сколтеха Ильдар Габитов

Беседовала Елена Кудрявцева

Профессор Сколтеха Ильдар Габитов — крупнейший специалист в области управления потоками света. Фото Евгений Гурко

Мышь в камере подсвечивается инфернальным зеленым светом: несколько секунд нужно лазеру, чтобы проникнуть в глубь организма и просканировать его до мельчайших деталей. На экране появляется изображение запутанного клубка кровеносных сосудов — до самых крошечных, размером в десятую долю миллиметра. Это оптоакустический микроскоп — уникальный, пока единственный в России прибор. Он преобразует оптический сигнал в акустический и позволяет не только «видеть» сосуды вплоть до микрокапилляров, но и обнаружить в крови мельчайшие частицы — например, единичные раковые клетки.

— А если увеличить интенсивность излучения, то клетка от перегрева просто лопнет и разлетится на части. Понимаете? — рассказывает профессор Ильдар Габитов.— Мы можем удалять нежелательные биологические объекты прямо внутри организма без хирургического вмешательства и без воздействия на весь организм. Эти возможности одновременной диагностики и терапии характерны для нового направления медицины — тераностики.

Мы находимся в Центре фотоники и квантовых материалов в Сколковском институте науки и технологии в лаборатории биофизики. Пока ученые оттачивают свое мастерство на образцах тканей. Но в ближайшее время в Сколтехе появится полноценный исследовательский виварий.

Интересно, что идея соединить технологии диагностики и лечения возникла еще у Нобелевского лауреата, одного из авторов американской атомной бомбы — Ричарда Фейнмана. Он предсказал создание автономных инструментов, которые смогут выполнять хирургические операции непосредственно в организме человека. Фейнман писал: «...Было бы интересно, если бы вы могли проглотить хирурга. Вы введете механического хирурга в кровеносные сосуды, и он пройдет к сердцу и ”осмотрится“ там...». Возможно все это станет реальностью в ближайшее десятилетие. Для этого нам нужно понять, как фотоны взаимодействуют с веществом на наноуровне, и развить методы управления светом.

Компьютер из света

— Свет — это основа всего,— добавляет профессор Габитов по пути в другую лабораторию.— Без света не было бы ничего: не смогла бы зародиться жизнь на Земле. Не было бы ни современной медицины, ни современной промышленности, да и всего современного общества с его сложнейшей информационной структурой, экономикой и повседневной жизнью тоже бы не было. Наука фотоника, чье стремительное развитие обусловлено огромным количеством приложений, изучает свойства света, взаимодействие света с веществом, разрабатывает методы управления световыми потоками. Общим для этих методов является одно — они основаны на манипуляциях с частицами света — фотонами. (Фотон — это квант электромагнитного излучения, он, в отличие от электрона, не имеет массы и электрического заряда и двигается в вакууме со скоростью света — «О».)

— А почему фотоника стала так бурно развиваться именно сейчас? Все передовые страны, включая Россию, определили ее как стратегически важное направление...

— Я бы назвал два основных фактора — развитие инструментальной базы и растущие технологические потребности, включая информационную инфраструктуру современного общества. Сегодня 30–40 процентов выпускаемой в мире продукции создается с использованием фотоники, а перечень областей, где будут применяться открытия, растет с каждым днем.

— Одной из самых «горячих областей» остаются компьютерные технологии. Основатель Intel Гордон Мур еще в 1965-м сформулировал закон, по которому число транзисторов на микросхеме и, значит, быстродействие будут увеличиваться вдвое каждые два года. Но в 2016-м его закон работать перестал: электроника больше не может развиваться так быстро. Заменят ли ее фотонные технологии?

— Технологии электроники в некоторых областях действительно подошли к некоторому пределу. Мы все свидетели быстрого развития приборов, основанных на электронике. В кармане у многих есть смартфон — удивительное устройство, функциональные возможности которого 20 лет назад нельзя было и представить. Его появление хорошо иллюстрирует философский закон перехода количества в качество. Если бы мы попытались сделать нечто похожее на смартфон во времена так называемой дискретной электроники, то соответствующее устройство из радиоламп, конденсаторов, сопротивлений, индуктивностей и т.п. получилось бы размером с квартал. Вдобавок оно потребляло бы неимоверное количество энергии и не смогло бы работать из-за постоянных поломок вследствие ненадежности элементов. Лишь появление микросхем высокой степени интеграции (содержат большое количество элементов.— «О») привело к созданию устройств нового типа, которые ныне доступны каждому. Однако дальнейший прогресс, по которому развивается электроника, в ряде случаев не представляется возможным.

— И в чем причина?

— Причин несколько. Во-первых, в современных компьютерах количество микросхем достигает порядка 1,5–2 млрд. И каждую нужно соединить проводочками! При этом возникают так называемые паразитное сопротивление, паразитные емкости и индуктивности, которые ограничивают быстродействие. В итоге совершенствование современных машин идет за счет более сложной архитектуры, многоядерных процессоров, нового программного обеспечения и т.д.

Во-вторых, развитие компьютеров очень сильно тормозит отсутствие материалов, которые способны отводить тепло. Элементы в современных устройствах становятся очень маленькими, но их очень много, они чрезвычайно плотно упакованы, так что перегрева избежать невозможно. В настоящее время такие гиганты индустрии, как Google и Facebook (соцсеть признана в РФ экстремистской и запрещена), вынуждены были расположить свои «дата-центры» (центры обработки данных.— «О») в условиях холодного климата: за полярным кругом и на Севере на нефтяных платформах, где много холодной воды. А крупнейший в Китае дата-центр находится на высоте в 1065 м над уровнем моря в Хух-Хото, во Внутренней Монголии. Проблема требует решения, потому что плотность систем хранения данных будет только расти. Из культуры пользователей совсем уходит навык что-то стирать или уничтожать, как было еще 20 лет назад, когда мы пользовались дискетами или дисками. Облачное пространство кажется бесконечным.

А третья причина, самая главная, из-за которой быстродействие компьютеров больше не растет, связана с количеством электронов, которые участвуют в элементарной логической операции. Сейчас в одной операции задействован фактически один электрон. То есть дальше мы должны будем использовать «половинку» или «четверть» электрона, что является абсолютной нелепостью. Поэтому возникла идея попытаться создать устройства высокой степени интеграции с использованием фотонов.

— Будет ли это похоже на технологический прорыв 1970-х, когда вместо медного кабеля стали использовать оптоволокно? Ведь именно этот переход по сути и создал современное информационное общество.

— Да, оптоволокно — тонкая нить из прозрачного материала, по которой с высокой скоростью переносится свет — удивительный материал. Представьте себе: десятки километров оптического волокна обладают такой же прозрачностью, как и метр оконного стекла! Это и позволяет использовать фотоны вместо электронов в качестве носителей информации. Создание технологии оптического волокна и изобретение оптических усилителей привели к колоссальному прорыву в области высокоскоростной передачи. Теперь, конечно, возник соблазн использовать фотонные технологии не только для передачи, но и для обработки информации.

— Так реально ли в ближайшее время создание фотонного компьютера?

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

В тылу «Аванпоста» В тылу «Аванпоста»

Лукерье Ильяшенко было приятно снять бронежилет после спасения Земли

Maxim
Демпинг, NASA, военные: как Илон Маск выдавил Роскосмос с рынка Демпинг, NASA, военные: как Илон Маск выдавил Роскосмос с рынка

Потеря Россией рынка коммерческих запусков выглядит необратимой

Forbes
Большая ракета Илона Маска Большая ракета Илона Маска

Сверхтяжелая ракета Big Falcon Rocket готовится вытеснить все прошлые разработки

Популярная механика
Хабиб против Конора: как «бой века» продолжается за пределами ринга (и будет ли реванш) Хабиб против Конора: как «бой века» продолжается за пределами ринга (и будет ли реванш)

Хабиб против Конора: как «бой века» продолжается за пределами ринга

Esquire
30 прекрасных женщин, которые пели, поют и будут петь 30 прекрасных женщин, которые пели, поют и будут петь

40 лет истории рок-музыки и 30 мифологически прекрасных женщин

GQ
Счетная палата раскритиковала зоны экономических льгот Счетная палата раскритиковала зоны экономических льгот

Счетная палата выступила с очередной критикой особых экономических зон в России

Forbes
Родители-вертолеты: пора покончить с домашним микроменеджментом Родители-вертолеты: пора покончить с домашним микроменеджментом

Где грань между разумным контролем своего ребенка и всеобъемлющей опекой?

Forbes
Страшилки из СССР: легенды далекого прошлого, в которые верили Страшилки из СССР: легенды далекого прошлого, в которые верили

Во времена без интернета чем только люди не пугали друг друга

Cosmopolitan
Kia Rio: вазозаменитель Kia Rio: вазозаменитель

Запас прочности Kia Rio

АвтоМир
Берлускони глазами Паоло Соррентино. Фильм недели: «Лоро» Берлускони глазами Паоло Соррентино. Фильм недели: «Лоро»

В новом фильме Соррентино соединились и «Молодость», и «Великая красота»

Forbes
Город золотой. Почему платный въезд стал проблемой для мегаполисов Город золотой. Почему платный въезд стал проблемой для мегаполисов

Результаты платного въезда в Нью-Йорке, Лондоне и Осло

Forbes
Рядом с ней мне спокойно и легко» Рядом с ней мне спокойно и легко»

10 лет назад Дмитрий и Татьяна Дюжевы сыграли свадьбу

OK!
Фиаско за миллиарды: эпические провалы ИТ-компаний Фиаско за миллиарды: эпические провалы ИТ-компаний

Чем больше корпорация, тем дороже ошибка

Forbes
Страсти по завещанию. Можно ли защитить капитал от растраты наследниками Страсти по завещанию. Можно ли защитить капитал от растраты наследниками

Разбираемся, как оформить наследование, чтобы не потерять дело своей жизни

Forbes
Второй лишний Второй лишний

Как избавиться от ненужного жира в области подбородка

Лиза
Крепкие узы Крепкие узы

Квартира, оформленная Анной Зиньковской, в Москве

AD
Мифы Гомера. Что мешает женщине открыть в себе лидера Мифы Гомера. Что мешает женщине открыть в себе лидера

Любые изменения в жизни не должны быть результатом социального давления

Forbes
Обзор ноутбука Lenovo ThinkPad X1 Carbon G6: сокровище для повседневной работы Обзор ноутбука Lenovo ThinkPad X1 Carbon G6: сокровище для повседневной работы

CHIP протестировал ноутбук Lenovo ThinkPad X1 Carbon шестого поколения

CHIP
Хрупкое создание: как Лука Модрич опередил Роналду и Месси Хрупкое создание: как Лука Модрич опередил Роналду и Месси

Впервые с 2007 года лучшим футболистом сезона признан не Роналду или Месси

Forbes
Рабочий класс. Как бизнес борется за талантливых курьеров и продавцов Рабочий класс. Как бизнес борется за талантливых курьеров и продавцов

Компании вынуждены петь и плясать, чтобы нанять и удержать «синих воротничков»

Forbes
И все-таки мы вместе И все-таки мы вместе

Автор лучшего блога недели пишет колонку специально для нашего журнала

Grazia
Как менялся стиль A$AP Rocky Как менялся стиль A$AP Rocky

Даже A$AP Rocky не обошли стороной увесистые цепи и приспущенные брюки

GQ
За краем нефтегазового горизонта За краем нефтегазового горизонта

За краем нефтегазового горизонта

Эксперт
16 обложек пластинок, которые были запрещены цензурой 16 обложек пластинок, которые были запрещены цензурой

Мы собрали примеры самых вопиющих нарушителей цензуры

Maxim
Действительно ли важно извлекать USB-флешки и диски строго по правилам? Действительно ли важно извлекать USB-флешки и диски строго по правилам?

Нужно ли нажимать кнопку «извлечь устройство»?

Maxim
Наше второе все! Ко дню рождения Лермонтова: почему Россия никак не может отметить юбилей поэта Наше второе все! Ко дню рождения Лермонтова: почему Россия никак не может отметить юбилей поэта

России никак не удается толком отметить юбилей Михаила Юрьевича Лермонтова

Maxim
Что носили мужчины на этой неделе Что носили мужчины на этой неделе

Гарри Стайлз переодевается в Элтона Джона, Дрейк возвращается в нулевые

GQ
Страшно горячо! 22 невероятно горячих красотки Хэллоуина (ты точно не устоишь) Страшно горячо! 22 невероятно горячих красотки Хэллоуина (ты точно не устоишь)

Настоящие бестии. Но такие привлекательные

Playboy
Все побежали... Все побежали...

Ежегодно афинский марафон собирает десятки тысяч участников со всего мира

Вокруг света
Что почитать Что почитать

Где и как искать хорошее чтиво

Лиза
Открыть в приложении