Гонка квантовых компьютеров и лечение рака: академики составили рейтинг прорывов — наука

Сжатие информации, гонка квантовых компьютеров, борьба с раком и постижение Арктики — российские академики по нашей просьбе выделили наиболее, на их взгляд, прорывные научные результаты 2018 года.

Квантовые компьютеры

Академик РАН, экс-председатель Сибирского отделения РАН, физик Александр Асеев:

— Я бы выделил три направления, которые «выстрелили» в этом году в области электроники. Первое — это гонка создателей квантовых компьютеров. Полноценно работающих аппаратов пока нет, для этого разработчики должны довести количество кубитов до 1000.

Но дело уже находится в практической плоскости. В декабре этого года в лидеры вырвалась американская компания IonQ, создав квантовый компьютер в 79 кубитов. Она обогнала в этом направлении прежних лидеров Google и IBM.

Преимущество таких компьютеров в быстродействии, точности, превышающих обычные компьютеры на несколько порядков.

В этой же области отличился и венский Институт квантовой оптики и квантовой информатики, который вместе с китайской Академией наук в этом году передал квантовый пароль через космический спутник на расстояние 7600 км из Китая в Австрию.

Преимущество таких «посылок» в том, что их невозможно подделать. Любая попытка взлома передаваемой при помощи квантового компьютера информации становится сразу видна отправителю в отличие от классического случая.

Второе достижение — это разработка компьютера с миллионом ядер в Университете Манчестера. Он моделирует участок мозга в 80 тысяч нейронов. То есть началось активное копирование нашего интеллекта (для сравнения, у нас в мозге нейронов 10 в 6 степени на 1 квадратный сантиметр).

Британский компьютер отвечает за обработку сенсорной информации, то есть за все, что мы видим, осязаем, вдыхаем.

Ну и третье событие — научно-политическое, важное для России, — это принятие программы развития микроэлектроники в стране. 20 марта, на второй день после выборов, президент провел совещание, где было принято решение о создании производства микроэлектроники с проектной нормой 28 нанометров (нм) (28 нм — это размер отдельного транзистора).

Цель — в ближайшие 4-5 лет достичь мирового уровня, то есть возможности размещения на одном чипе десятков миллиардов транзисторов. Для сравнения, ведущие в области микроэлектроники страны уже испытывают образцы в 22 и даже в 16 нм, но активное производство все-таки пока ограничивается 28-22 нанометрами.

В нашей стране образовался консорциум академических институтов, которые будут работать над этим проектом. Это Институт проблем технологии микроэлектроники в Чернологовке, Физико-технологический институт РАН, Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники РАН, Институт физики полупроводников СО РАН, а также НИИ молекулярной электроники, МИЭТ и другие.

До искусственного интеллекта, который начнется с триллиона транзисторов на чипе, уже не так далеко, как некоторым кажется.

Сжатие больших данных

Академик РАН, главный научный сотрудник отдела теории функций Математического института имени Стеклова РАН Борис Кашин:

— Ничего сверхъестественного в мире математики за прошедший год не произошло, за исключением разве что резкого ускорения внедрения математики в реальную экономику.

«Большие данные» — та область, в которой все основывается на математике, идейная часть выходит на первый план, не требуя каких-то особенно сложных приборов.

Приведу один пример. Раз в четыре года собирается Всемирный конгресс математиков, где вручается одна из высших наград математического сообщества — так называемая премия Гаусса. Она вручается с 2002 года за выдающиеся достижения в прикладной математике.

В этом году, на конгрессе, который состоялся в Бразилии, премия Гаусса была присуждена профессору Донохо из Стэнфордского университета за работы по так называемым «сжатым измерениям».

Эта тема началась еще в 70-е годы прошлого века в СССР, но прикладной ее этап стал развиваться только 10-12 лет назад. Работа в этом направлении позволила в 3-4 раза ускорить работу обычного магнитно-резонансного томографа. На рынке уже предлагают соответствующее программное обеспечение.

Так математики отчитались перед обществом за деньги, потраченные ранее на исследования, которые 40 лет назад казались совершенно бесполезными для реальной жизни.

Суть работы лауреата премии Гаусса в следующем. У нас есть цифровая картина — это миллионы пикселей. Чтобы восстановить ее, передать по каналам связи, нужно сделать миллионы (!) измерений. По крайней мере, так казалось ранее.

На самом деле оказалось, что изображение можно восстановить, используя гораздо меньшее число параметров. Когда картинка раскладывается по специальным базисным функциям и делаются специальные случайные измерения, то существенными для нас являются лишь около 10 тысяч параметров. Это позволяет получить изображение того же качества, но на порядок быстрее.

Лечение рака

Академик РАН, руководитель ЦНИИ организации и информатизации здравоохранения Владимир Стародубов:

— Сегодняшний тренд всей науки связан с улучшение жизни человека. И примером этому служит присуждение Нобелевских премий в этом году за работы, каждая из которых, даже по физике и химии, так или иначе касается диагностики и лечения больных.

Особое внимание уделено борьбе с онкологическими заболеваниями. И если отвлечься от лауреатов премии, которая вручается за открытия прошлых лет, и выделить современные, то остановлюсь на самой прорывной технологии прецизионных методов лечения опухоли и ее метастазов.

Если раньше ставили диагноз «рак легких» или «рак головного мозга», то на пациенте практически ставили крест, потому что при старых методах облучения, не удавалось обойти здоровые участки пораженных органов. Теперь при помощи гамма-излучения, на опухоль, выявленную на ранней стадии, можно воздействовать локально, точечно, не облучая здоровые ткани. Лидируют в этом направлении американцы, французы, немцы, израильтяне.

Если говорить о российских достижениях, то за последние год-два мы накопили опыт в области мало инвазивной роботизированной хирургии. Как научное направление, она появилась лет 15 назад, — сегодня дело дошло до практических применений. Теперь, к примеру, при кардиооперациях хирургам не приходится вскрывать грудную клетку от грудины до пупка, — все манипуляции производятся через два прокола. Такие операции проводятся в Научном центре хирургии им. Петровского, в клинках 1-го и 3-го медуниверситетов Москвы и в ряде других лечебных организаций. Счет их в России уже идет на тысячи в год.

Арктика в новом свете

Академик РАН, научный руководитель Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН Эрик Галимов:

— Мне представляется, что в этом году наиболее заметным было активное изучение Арктики. Могу назвать по крайней мере три достижения, которые имеют очень большое значение для нашей страны. Первое. Санкт-Петербургскими учеными составлена хорошая тектоническая карта Арктики. Проделана очень тяжелая многолетняя работа, и в этом году мы получили готовый продукт. Он очень важен в геополитическом смысле, ведь мы претендуем на то, что часть арктического бассейна относится с нашему российскому шельфу. И вот благодаря карте в этом году мы это практически доказали.

Второе. Впервые в этом году новосибирскими учеными сделано достаточно полное обоснование геологического строения арктического бассейна на севере Западной Сибири, в районе Карского моря. До сих пор мы знали о нем только гипотетически.

Причем обоснование получилось с прогнозом нефтепродуктивности, что очень важно, поскольку показывает нам перспективы по добыче углеводородов на шельфе Карского моря.

Третье — это построение литологических карт Арктики. Они относятся к области осадочной геологии. Таких карт раньше не было. Они дают представление о закономерности осадконакопления в арктическом бассейне.

В общем, есть все основания полагать, что обширные исследования Арктики, в этом году дадут нашей стране хорошие перспективы на будущее, поможет ей укрепиться экономически.