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, 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

Молчание – золото? Молчание – золото?

Сколько слов в день достаточно произносить, чтобы вас понимали и любили?

Лиза
Золотое место. Как найти помещение для бизнеса в столице Золотое место. Как найти помещение для бизнеса в столице

Выбирать доступный вариант, куда клиенты все же дойдут, придется из худшего

Forbes
Деньги крупным кланом Деньги крупным кланом

История семьи, завладевшей экономикой США

GQ
Банковские карты для автомобилистов: возвращаем деньги за бензин Банковские карты для автомобилистов: возвращаем деньги за бензин

Хорошие новости: расходы на бензин снижаются до 10%

CHIP
8 неожиданных фактов о фильме «Гостья из будущего» 8 неожиданных фактов о фильме «Гостья из будущего»

Как снимался знаковый детский фильм из прошлого

Maxim
Во имя рубля. Почему бюджетное правило надо менять Во имя рубля. Почему бюджетное правило надо менять

Российская валюта может продолжать слабеть

Forbes
Темная сторона брака Темная сторона брака

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

Psychologies
Что делать, если вы сожалеете о разводе? Что делать, если вы сожалеете о разводе?

Подписав бумаги о расторжении брака, многие начинают скучать по партнеру

Psychologies
Дело тренировки. Как ставить бизнес-цели, чтобы они работали Дело тренировки. Как ставить бизнес-цели, чтобы они работали

Достичь успешного результата можно с помощью agile-планирования

Forbes
Накапливаются ли в организме случайно проглоченные частички пластика? Накапливаются ли в организме случайно проглоченные частички пластика?

Ответы на самые популярные вопросы о пластике, пауках и самолетах

Популярная механика
Почему Россия проигрывает космическую гонку Почему Россия проигрывает космическую гонку

В чем Россия может выиграть в космической гонке

Русский репортер
Как избавиться от раздражения после бритья? 6 способов навсегда забыть об этой проблеме Как избавиться от раздражения после бритья? 6 способов навсегда забыть об этой проблеме

Лицо чистое и гладкое, но зудит, чешется и бесит. Знакомо?

Playboy
«Фэнтези способно объединять поколения» «Фэнтези способно объединять поколения»

Интервью с писательницей Екатериной Соболь

Мир Фантастики
В Эгейском море исследуют десятки затонувших кораблей В Эгейском море исследуют десятки затонувших кораблей

В акватории греческого архипелага Фурни работает археологическая экспедиция

National Geographic
Из жизни предков: секс с неандертальцами полезен Из жизни предков: секс с неандертальцами полезен

Homo sapiens обменивались с неандертальцами генами устойчивости к инфекциям

Forbes
Безлимитный мобильный интернет вернулся: сравниваем тарифы Безлимитный мобильный интернет вернулся: сравниваем тарифы

Мобильный безлимит снова работает! Что он представляет из себя по факту

CHIP
Ирина Хакамада: «Ненавижу выражение «выйдите из зоны комфорта» Ирина Хакамада: «Ненавижу выражение «выйдите из зоны комфорта»

Ирина Хакамада об энтузиазме, мечтателях и конкуренции

Forbes
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
Чужой муж Чужой муж

Как же тебя угораздило связаться с женатым и как вырваться из этого плена

Лиза
«Ребенок сводит меня с ума»: 6 стратегий поведения «Ребенок сводит меня с ума»: 6 стратегий поведения

Как справиться с капризным поведением ребенка и не потерять рассудок?

Psychologies
Нихао, Шанхай Нихао, Шанхай

Путешествие в прошлое, настоящее и будущее одновременно

Robb Report
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
У Солнца под боком У Солнца под боком

О том, какие загадки должен решить меркурианский зонд

Популярная механика
Почему ЗОЖ может быть вредным для здоровья Почему ЗОЖ может быть вредным для здоровья

Польза для здоровья зачастую выходит сомнительной

Esquire
И покорить, и обустроить И покорить, и обустроить

Превращение Крымского ханства в цветущие земли принадлежит Григорию Потёмкину

Дилетант
«Я рос мажором, пока мы не оказались на улице» «Я рос мажором, пока мы не оказались на улице»

Казахский музыкант с азербайджанскими корнями Jah Khalib покоряет слушателей

OK!
Дела семейные Дела семейные

Детского этикета не бывает. Он один: с юных лет и на всю жизнь

Grazia
Хмель санкций. Минпромторг выступил за продажу пива по ночам Хмель санкций. Минпромторг выступил за продажу пива по ночам

Минпромторг выступил за продажу пива по ночам

Forbes
Как менялся стиль Брэдли Купера Как менялся стиль Брэдли Купера

Любовь Брэдли Купера к пиджакам с широкими лацканами осталась неизменной

GQ
Гора с характером. Как бизнесмены устраивают себе перезагрузку Гора с характером. Как бизнесмены устраивают себе перезагрузку

Чтобы постоянно поддерживать в себе творческий настрой, нужна перезагрузка

Forbes
Открыть в приложении