Первый в мире эксперимент по телепортации - в казанском Физтехе

Из досье “ВиД”. Казанские физтеховцы оказались “на коне”, ведь к исследованиям наноразмерных систем сейчас приковано внимание ученых всего мира (и не случайно: от них ждут революции, в том числе и в сознании, и в миропонимании человека, кардинальных изменений в человеческой цивилизации). Благодаря грядущим открытиям в этой области мир может стать иным экономически и политически.

Между тем по результатам опроса, проведенного Фондом “Общественное мнение” в 100 населенных пунктах 44 областей, краев и республик, почти две трети россиян (60 процентов) не слышали даже слова “нанотехнологии”. Но президент РФ Владимир Путин в послании Федеральному Собранию РФ сообщил, что объем финансирования нанотехнологий в России будет сопоставим с общими ассигнованиями на науку. На них выделят около 180 млрд. рублей. Для материально-технического, кадрового и организационного обеспечения работ в этой области создается российская корпорация нанотехнологий. Уже в 2008 году на такие исследования будет потрачено 30 млрд. рублей.

- Что же такое нанотехнологии? - спрашиваем у Кева Салихова.

- Сейчас только ленивый не говорит о нанотехнологии. Надо бы просить каждого, кто употребляет это слово, пояснять, что же он имеет при этом в виду, - отвечает Кев Миннулович. - Я попытаюсь кратко изложить свое понимание. Мы уже привыкли к микроэлектронике, электрическим схемам, аэрозольным системам, в которых фигурируют составные части микронного размера. Микрон - это миллионная доля метра. Наносистемы - это объекты, имеющие размеры порядка нанометра - миллиардной доли метра. Расстояние между ближайшими атомами в молекулах - порядка десятой доли нанометра, диаметр двойной спирали ДНК около двух нанометров, коллоидные частицы могут иметь размеры от 2-3 нанометров и больше. В качестве отдельных наночастиц могут выступать атомы, молекулы, ассоциаты атомов и молекул, супрамолекулы, очень тонкие пленки, состоящие из нескольких атомных слоев, коллоидные частицы, точечные дефекты и примесные центры в кристаллах.

Наука уже давно и успешно изучает свойства этих наносистем, и они широко используются в технике и технологии. До недавнего времени изучались и использовались фактически макроскопические системы, которые содержали много наночастиц. Ситуация довольно резко изменилась с открытием в конце 80-х годов туннельного микроскопа, а затем и атомно-силового микроскопа. Эти приборы дали возможность манипулировать отдельными атомами и молекулами, появилась возможность под полным контролем конструировать любые заданные “архитектурные сооружения” из атомов и молекул. После этого в обиходе появилось понятие “нанотехнология”. Был каменный век, железный, возможно, теперь наступает “нановек”, век наносистем.

В нашем институте мы всегда были сфокусированы на нанофизике, на физических методах исследования наночастиц, наносистем. Для этого в институте есть и кадры, и приборная база. Хуже обстоит дело с технологической базой. И все же когда начался бум вокруг наносистем, то мы оказались неплохо подготовленными к этому: мы и так в основном занимались нанофизикой.

Директором института я стал 19 лет назад и с самого начала сформулировал такую стратегическую цель: мы должны стать институтом, где основной упор будет сделан на молекулярную электронику. Все наши работы велись таким образом, что это, так или иначе, касалось молекулярной электроники. Особенность молекулярной электроники в том, что в ней в качестве электронных устройств должны выступать не резисторы, конденсаторы и так далее, а отдельные молекулы, именно они должны стать элементной базой электроники.

Все, что связано с молекулярной электроникой, является частью нанофизики, нанотехнологии, которые, в свою очередь, не ограничиваются проблемами исключительно электроники. В перспективе возможности их применения намного шире. Так, наночастицы очень важны в медицине, с их помощью можно доставлять лекарства в нужное время в определенный орган.

- Кев Минуллинович, какие именно исследования сейчас ведутся у вас в институте?

- Весьма интересная ветвь электроники - спинтроника. К примеру, компьютеры сейчас построены на основе хитрых микросхем, с участием полупроводников, металлов, контактов между ними, но, оказывается, все это можно построить не на принципе переноса электронов (чего достигают этими хитрыми схемами), а на переносе состояния спинов. Спин - это векторное свойство электрона, с ним связан магнитный момент электрона. С помощью внешнего магнитного поля можно управлять ориентацией спинов электронов. Ученые нашего института и наши коллеги на физфаке КГУ разрабатывают очень интересный элемент спинтроники, который называется спиновым клапаном. Главный научный сотрудник нашего института, доктор физико-математических наук Ильгиз Абдулсаматович Гарифуллин проводит фундаментальные экспериментальные исследования проблем, связанных с созданием спинового клапана, им получены основополагающие результаты.

Создание перспективных вариантов спинового клапана - работа междисциплинарная. Она требует серьезной технологической базы. Казани просто необходим центр, оснащенный технологическим оборудованием для получения наносистем, которым смогут пользоваться все заинтересованные в этом казанские ученые. А пока наши сотрудники по большей части ездят в Германию, чтобы на их технологической установке делать свои работы.

* * *

Кстати, можно считать, что такую технологическую базу уже начали создавать. Казанский физтех располагает сверхвысоковакуумной установкой производства немецкой фирмы “Микрон”, приобретенной на средства Центра коллективного пользования КГУ и КазНЦ РАН. Этот прибор позволяет получать изображение поверхности с атомарным разрешением. Более всего этот прибор своей сложной конфигурацией напомнил мне космический аппарат. С непривычки к нему и подходить страшно. В лаборатории, где он установлен, мы застали старшего научного сотрудника физтеха Суфию Зиганшину и Руслана Гатиятова, пятикурсника кафедры химической физики физфака КГУ, которая базируется в Казанском физико-техническом институте. Они как раз осваивают новый прибор, по-детски радуясь его запредельным возможностям.

- Работать на нем сложно, зачастую приходится это делать с напарником, что называется, рук не хватает, - сказала Суфия. - Да и эксперимент на нем длится около двух суток. Первое время ночные сторожа пугались: представляете, из-за дверей лаборатории, где никого нет, раздаются посреди ночи загадочные звуки.

Суфия занимается весьма перспективным делом: пробует увеличить срок службы катализаторов.

- Мы пытаемся, поняв физику старения, разобраться в самих молекулярных механизмах этого процесса. На новом приборе раскрыть тайны сохранения их “молодости” вполне реально. С помощью нанотехнологий можно добиться существенного экономического эффекта, - поясняет она.

В результатах работы Зиганшиной заинтересованы многие предприятия, например, ОАО “Казаньоргсинтез”, закупающий дорогие катализаторы. Широко используются они и в автомобильной промышленности, и в медицине...Экспериментаторы полагают, что появятся заманчивые предложения и для ОАО “Нижнекамскшина”.

Руслан же занимается исследованием наноконтактов.

- При их посредстве можно вызвать высокочувствительный магнитный резонанс и использовать его для создания считывающих головок с чрезвычайно плотной записью. На 1 кв. см будут записываться сотни терабайт, что обернется большой экономической выгодой.

Как уже сказано выше, в институте готовятся к тому, чтобы осуществить чрезвычайно любопытный проект - квантовую телепортацию.

- За 60 с лишним лет с тех пор, как Завойский Е.К. открыл ЭПР, мы научились хорошо управлять поведением электронного спина и сейчас вполне подготовлены к тому, чтобы на базе электронных спинов создать элементную базу наноэлектроники, базу для квантовой информатики. Трудностей при этом возникает много, но нам известно, как их преодолеть. Я надеюсь, что, в крайнем случае, в будущем году мы сумеем поставить первый в мире эксперимент по квантовой телепортации на электронных спинах, - сообщил Кев Минуллинович. - Мы стартуем с квантовой телепортации, потому что последние15 лет я занимался проблемой ассимиляции солнечной энергии при фотосинтезе. На первичной стадии фотосинтеза в листьях создаются важнейшие предпосылки для квантовой телепортации состояния электронных спинов через мембрану. Нужно лишь получить для этого соответствующий мутант реакционного центра фотосистемы. Протокол этого эксперимента я уже опубликовал в научном журнале. Сейчас мы ждем синтеза мутанта и создаем симулятор квантовой телепортации на обычном компьютере.

- Значит, сбылась мечта фантастов о телепортации?

- В том качестве, о котором пишут фантасты, телепортация невозможна. В основе наших манипуляций со спинами лежит квантовая механика, которая основана на непривычной нам логике.

- Еще какие-то научные коллективы в России работают над этими проблемами?

- В России - да, например, в Институте физики твердого тела в Черноголовке и в Институте физических проблем в Москве.