Провідні держави світу та потужні корпорації на кшталт IBM та Google витрачають сьогодні мільярди доларів на розробку квантових комп’ютерів. Як повідомляють у Національному Фонді досліджень України, розробники та науковці переконані, що саме ці машини допоможуть вирішити завдання, які не під силу класичним комп’ютерам. Зокрема, за кілька хвилин розв’язати задачу, над якою звичайний комп’ютер «думав» би тисячі років.
Науковці Державної наукової установи «Київський академічний університет» також шукають «ключ» до розробки нових матеріалів та технологій в електроніці, які можна буде використати й для побудови квантового комп’ютера. Їх проєкт «Багатозонність електронних станів: фізика та застосування» переміг у конкурсі Національного фонду досліджень України «Підтримка провідних та молодих учених».
Київський академічний університет – особливе місце, де наукові дослідження є основою навчання. Кожен студент має керівника, який активно займається науковою роботою, співпрацює з ученими з інших країн. Особливо важливою в КАУ вважають роботу в проєктах, що стосуються найсучасніших, «проривних» напрямів науки. Проєкт «Багатозонність електронних станів: фізика та застосування» – саме такий.
Не витрачати життя на нецікаві речі
Науковий керівник проєкту – академік НАН, директор Київського академічного університету Олександр Кордюк розповів, що після перемоги в конкурсі НФДУ група виконавців КАУ почала роботу з найважливішого: уточнення планів та доукомплектування команди студентами. «Ми не виділяємо студентів в окрему категорію, вважаємо їх молодими науковцями, – наголосив пан Олександр. – Добре, що правила виконання проєкту дозволяють залучити їх до вирішення поставлених завдань, зокрема, проблеми високотемпературної надпровідності. Дякуємо Національному фонду досліджень за таку можливість».
Квантові технології та матеріали – один із основних напрямів роботи університету. Після старту проєкту тут створили спеціальний сайт, де можна відстежувати поступ у цій темі, започаткували серію семінарів «Багатозонність».
– Неформальне кредо наших студентів: не витрачати життя на нецікаві речі. А що може бути цікавішим, ніж надскладні фундаментальні дослідження? – з усмішкою додав учений. – Я бачу, як участь у цьому та інших проєктах мотивує молодь шукати відповіді на найскладніші й водночас найцікавіші наукові запитання. Ці відповіді можуть стати основою для розвитку нових напрямків науки та технологій у найближчому майбутньому».
Амбітні цілі
У чому ж суть проєкту?
Олександр Анатолійович пояснив, що майже всі властивості матеріалів визначаються електронами, чи, якщо говорити більш детально, – їх розподілом в імпульсно-енергетичному просторі (оберненому до звичного просторово-часового). Учені давно з’ясували, що електрони в цьому просторі утворюють складну багатозонну електронну структуру, але про цю багатозонність часто забувають (навіть, якщо не вдається пояснити нові явища в межах наявних теорій). «Гарним прикладом є високотемпературна надпровідність, зв’язок якої з багатозонністю неодноразово продемонстровано, але теорії, яка б описувала цей зв’язок, досі не існує, – пояснив пан Олександр. – Одним із найамбітніших питань, які ми досліджуємо в рамках проєкту і є виявленням механізму високотемпературної надпровідності. Цей механізм науковці шукають уже понад тридцять років! І якщо за час виконання проєкту ми й не дамо вичерпної відповіді на поставлені запитання, але шлях до пошуку цього механізму обов’язково скоротимо».
Олександр Кордюк переконаний, що саме дослідження ефектів багатозонності надпровідників стане основою нових технологій: «Це те, в чому ми можемо зробити помітний внесок у розвиток квантових технологій на світовому рівні!» – зазначив він.
У рамках проєкту вчені планують виявити загальні механізми впливу багатозонності на електронні властивості квантових матеріалів, передусім надпровідників, та навести приклади їх практичного застосування.
Прилад за мільйон гривень
Складні дослідження науковці виконують на новому обладнанні, яке було придбано за кошти грантового фінансування НФДУ. Часові рамки тендеру у 2020 році були досить жорсткими, але завдяки злагодженим діям команди університету все вдалося. Під новий 2021 рік науковці вже «розпаковували» унікальний прилад вартістю мільйон гривень – компактний векторний аналізатор НВЧ кіл. «Аналізатор дозволяє досліджувати комплексні діелектричні, провідні та магнітні характеристики різноманітних матеріалів, конструкцій та приладів», – розповів Олександр Кордюк.
Як просувається дослідження? Що вже вдалося зробити?
За словами науковця, зроблено вже дуже багато. «Нам пощастило з’ясувати та пояснити цікавий ефект значного покращення (у 40 разів!) характеристик надпровідного джозефсонівського контакту шляхом додавання принципово не надпровідного проміжного шару міді, – розповів пан Олександр. – Отримали й інші важливі результати, за якими «полювали». Більш детальні пояснення можна знайти на сайті проєкту та ютуб каналі. Запрошуємо всіх, хто цікавиться квантовими технологіями, заходити на ці ресурси й стежити, які перспективи зі створення нових, стабільніших надпровідних кубітів (елементів квантових комп’ютерів) відкриваються в результаті наших досліджень!».
Керівник проєкту переконаний, що отримані результати стануть у пригоді для інженерії нових приладів і досягнення прогресу в області квантових комп’ютерів.
Колегам-науковцям Олександр Анатолійович радить не сумніватися і обов’язково спробувати свої сили у конкурсах фонду. А головним для успішного виконання проєкту вважає формування команди з мотивованої молоді. «Необхідно шукати та залучати якомога більше студентів! – переконаний він. – Сьогодні вони виконають один проєкт, а завтра, на основі отриманих знань та досвіду започаткують десятки нових».