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

Жатва Гиппократа Жатва Гиппократа

Что нового в медицине в последние 20 лет начавшегося века

Maxim
Орден Педру I Орден Педру I

Среди коллекционеров орден Педру I считается довольно редким

Дилетант
6 шагов к развитию эмоционального интеллекта 6 шагов к развитию эмоционального интеллекта

Как научиться понимать других – и как сделать так, чтобы они лучше понимали нас

Psychologies
Фокусы Маска. К чему приводит уход яркого лидера из компании Фокусы Маска. К чему приводит уход яркого лидера из компании

Уход харизматичного лидера может стать положительным событием для компании

Forbes
Я к вам пришел навеки поселиться Я к вам пришел навеки поселиться

Джулия Робертс сдает имение в аренду, потому что не может продать

StarHit
Сколько протеина в яйцах? Факты от диетологов и лучший в мире рецепт Сколько протеина в яйцах? Факты от диетологов и лучший в мире рецепт

Яйца — отличный источник белка, но сколько вы его из них получаете?

Playboy
Ему — можно: неполиткорректный создатель Linux снова в строю Ему — можно: неполиткорректный создатель Linux снова в строю

Создатель Linux на месяц отстранился от работы из-за обвинений

Forbes
Темная сторона брака Темная сторона брака

Человек, которого мы выбираем в партнеры, — это своеобразное отражение нас самих

Psychologies
Леди не строгих правил Леди не строгих правил

Друзья поделились со «СтарХитом» забавными историями с Инной Чуриковой

StarHit
Полный багрец Полный багрец

Осень в пушкинском Болдино по-настоящему золотая

Огонёк
Йога и гормоны Йога и гормоны

О практике и балансе эндокринной системы

Yoga Journal
Скрижали Софии Скрижали Софии

Как грузинская столица попала на карту мировой моды

Vogue
12 вещей, которые помогут создать настоящее хюгге холодным осенним вечером 12 вещей, которые помогут создать настоящее хюгге холодным осенним вечером

12 вещей, которые помогут создать настоящее хюгге холодным осенним вечером

Cosmopolitan
Роковая ошибка: как защищаться от бракованных товаров Роковая ошибка: как защищаться от бракованных товаров

Что делать, если товар изменил назначение и угрожает потребителям?

Forbes
Как пить дать Как пить дать

Основатель компании «Братья Асканели» рассказывает о винной отрасли в Грузии

СНОБ
Докладываем обстановку Докладываем обстановку

Пять главных тенденций в дизайне и интерьере

Grazia
Обида на мать: что делать? Обида на мать: что делать?

Наша читательница рассказывает историю отношений с матерью

Psychologies
Эко логично Эко логично

Деревенский стиль, кажется, никогда не выйдет из новогодней моды

Домашний Очаг
Дети и трущобы. Правительство ужесточит контроль за маткапиталом Дети и трущобы. Правительство ужесточит контроль за маткапиталом

Дети и трущобы. Правительство ужесточит контроль за маткапиталом

Forbes
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
«Меня преследуют неудачи»: как изменить негативный сценарий «Меня преследуют неудачи»: как изменить негативный сценарий

Почему у одних все в жизни протекает спокойно, а у других вечно какие-то ЧП?

Psychologies
Наш в Google. История успеха Сергея Брина Наш в Google. История успеха Сергея Брина

Если вы не знаете, кто такой Сергей Брин, срочно загуглите это имя

Forbes
«Мы решили, что у подруги приступ аппендицита, а это были роды» «Мы решили, что у подруги приступ аппендицита, а это были роды»

Исповедь молодого отца

Psychologies
Продавцы счастья. Как компании рекламируют себя на рынке труда Продавцы счастья. Как компании рекламируют себя на рынке труда

Продавцы счастья. Как компании рекламируют себя на рынке труда

Forbes
Мискузи! 7 вещей, без которых реально не обойтись в путешествии Мискузи! 7 вещей, без которых реально не обойтись в путешествии

Список реально крутых гаджетов, которые точно пригодятся в путешествии

Playboy
Возраст любви Возраст любви

Аль Пачино нашел новую возлюбленную среди подруг бывшей гражданской жены

StarHit
5 обычных предметов, которые неожиданно стали слишком умными 5 обычных предметов, которые неожиданно стали слишком умными

Как неожиданно поумнели знакомые каждому с детства простые предметы

CHIP
Уходи красиво Уходи красиво

Как победитель «Замуж за Бузову» обманул Ольгу

StarHit
Очевидно невероятная Очевидно невероятная

Актриса Ева Грин о новой работе, природной скромности и актерской судьбе

Grazia
Синхронное падение. Акции ВТБ и «Магнита» достигли многолетних минимумов Синхронное падение. Акции ВТБ и «Магнита» достигли многолетних минимумов

Синхронное падение. Акции ВТБ и «Магнита» достигли многолетних минимумов

Forbes
Открыть в приложении