Вызывают чувство: интервью с учеными-лауреатами премии «ВЫЗОВ»

 

Первый проректор Сколтеха, заслуженный профессор, директор Центра фотоники и фотонных технологий. Лауреат премии «ВЫЗОВ» 2023 года в номинации «Прорыв».

Я работаю с поляритонами — это нечто среднее между светом и материалом, их еще называют «квантовым жидким светом». Представляете себе кентавра? Он гибрид. Так вот, поляритон — это гибридная частица. Такая же быстрая, как фотон, но имеет свойства электрона. Благодаря поляритонам появилась гибридная фотоника, которая лучше, чем электроника, потому что позволяет создавать более быстрые и при этом миниатюрные устройства. Кроме того, поляритоны можно использовать для квантовых симуляторов, а это важный этап в процессе создания квантовых компьютеров. Наша лаборатория в Сколтехе — одна из самых продвинутых в мире в этой области. Когда я только переехал в Москву из Греции почти десять лет назад, я привез свою команду, которую усилили российские ученые. Вместе с IBM мы тогда придумали оптический транзистор, способный работать на частоте в два терагерца и при этом не нуждающийся в охлаждении до абсолютного нуля. А позже уже сами с помощью капель квантового жидкого света сделали поляритонные транзисторы. Они работают при комнатной температуре, и их можно включать и выключать с помощью одного фотона.

Студентам Сколтеха я говорю, что если они хотят изменить мир, то должны целиком, без остатка, отдаться предмету, который их интересует. Я вот, например, вижу необходимость принести в наш мир квантовые технологии, чтобы приблизить решение проблем, на которые пока не хватает счетных мощностей. Если тоже хотите вдохновиться или вдохновить детей наукой, то советую книгу нашего греческого автора Доксиадиса «Дядя Петрос и проблема Гольдбаха». После нее реально выбрать карьеру математика, она не может не понравиться. А меня в юности потрясла «Краткая история времени» Стивена Хокинга — о том, как устроена Вселенная. И я стал физиком.

Искусством я не очень интересуюсь, но мне нравится, что в Москве масса культурных возможностей. Театры, галереи, оперы — всего этого в достатке. Мне ближе рестораны — на любой вкус, для любого гурмана. Парков становится все больше, в них просто можно потеряться. Там, где я живу, в кампусе Сколково, тоже очень много зелени. И рядом Мещерский лес, мое идеальное место для неторопливых размышлений.

Самый цитируемый в мире ученый в области биофотоники, заведующий кафедрой оптики и биофотоники СГУ. Лауреат премии «ВЫЗОВ» 2024 года в номинации «Ученый года».

По образованию я радиофизик с уклоном в лазерную физику, а после защиты докторской занялся оптикой. Именно наша кафедра Саратовского государственного университета в середине 1980-х с  нуля стала развивать биофотонику. Это область, объединяющая физику, биологию и медицину, в которой мы изучаем взаимодействие света с биологическими объектами. Иными словами, просветляем их, особым образом просвечиваем разные органы и смотрим, что там. Если добавлять в ткани определенные агенты, они становятся прозрачными! Решив проблему сильного рассеивания, которая мешала заглянуть вглубь, мы получили доступ к информации о состоянии тканей, о возможных патологиях. Это важно и для диагностики, и для лечения при помощи фототерапии.

Но не мы единственные думаем об этом. Чтобы состояться как ученый, нужно очень много читать по своей теме. Каждый день я рассылаю костяку своих учеников и студентов публикации, которые им нужно прочитать. Не менее важно стараться все доводить до конца. В науке часто случаются ситуации, когда ты чувствуешь себя дураком, но надо вставать и начинать все заново.

Первые книги по биофотонике я написал дома, в Саратове. Я вообще очень люблю свой родной город. Москва — большая столица, а у нас тут тихая провинция. Как-то я выступал в США с лекциями о своих учениках, рассеянных по всему свету, и мне захотелось обыграть грибоедовское «к тетке в глушь, в Саратов». Посмотрел, как переводят слово «глушь». Wilderness и backwoods мне показались неточными, а потом я увидел в словаре heart of country, буквально «сердце страны». «Вот! — подумал я. — Точно так». Это там, где уютно, неспешно и комфортно.

Мы продолжаем искать агенты для просветления. Например, если очистить от никотина и ароматизаторов жидкость, которую используют в вейпах, а это, напомню, глицерин и пропиленгликоль, на выходе получится отличный агент для просветления легких, усиливающий на короткое время проницаемость мембраны для оптической визуализации.

Несколько лет назад мы стали пионерами в области применения контрастного вещества для просветления. Человеку делают инъекцию на основе гадолиния, МРТ выявляет опухоль, а дальше оптическими методами мы «подсвечиваем» ткань, она становится прозрачнее, а опухоль — контрастнее. Мы стремимся встраивать технологии оптического просветления в процедуры УЗИ, МРТ и КТ. Наше направление называется «тераностика», от слов «терапия» и «диагностика». Суть метода заключается в использовании препаратов, которые одновременно способны обнаруживать и целенаправленно лечить новообразования, минимизируя повреждение здоровых тканей. Одним и тем же излучением, меняя длину волны, можно будет сначала локализовать, а потом уничтожить клетки опухоли.

 

Разработчик квантового компьютера, заведующий лабораторией ФИАН, руководитель научной группы в Российском квантовом центре. Лауреат премии «ВЫЗОВ» 2023 года в номинации «Перспектива».

Будем честны: пока что любой квантовый компьютер выполняет операции в миллион раз медленнее, чем классический. Но потенциально их преимущество как раз в возможности делать вычисления за несопоставимо меньшее количество шагов. Сейчас весь смысл работы заключается в поиске таких алгоритмов. Вот когда найдем, тогда и случится истинная квантовая революция. Не обещаю, что со дня на день. Программирование на квантовых компьютерах требует совсем другой логики, другой интуиции. В этих сложных системах всем заправляют квантовая запутанность и квантовая суперпозиция. В обычном компьютере элементы взаимодействуют только между собой, а в квантовом одно действие влияет на всю систему целиком. Массово такая логика еще не выработана, да и нет пока подходящего железа. Но если создать квантовый компьютер не на 50–55 кубит, а на миллиард, он будет на порядок умнее человека с его сотней триллионов синаптических связей между нейронами. Проблема в том, что, повышая кубиты, мы умножаем и количество ошибок. И главный вызов для меня и моей команды — сократить их количество.

Если бы я не стал инженером-физиком, то оказался бы в авиации. Вся моя семья — летчики или бортинженеры. Но сложилось как сложилось, и теперь я уверен, что вычисления — самая важная часть человеческой цивилизации. Творчество — тоже разновидность вычислений. Конечно, мозг работает не как компьютер, но отличие не такое большое, как мы себе воображаем. Дело в структуре связей. В процессоре они между «соседями», в голове — иерархические.

Я вижу в человеке переходный этап, промежуточную сущность между древним Адамом и богоподобным существом с новым сознанием, способным создавать очень непростые концепции. Но непонятно, когда он появится. В моем детстве, в конце 1990-х, мы еще делали рогатки. Мой преподаватель наизусть знал книжку, где решались дифференциальные уравнения, а теперь эту книжку наизусть знает нейросеть. И я не представляю, к чему готовить моего сына, которому сейчас семь лет. Наш мир кардинально изменится. Как человеку созидать, если машины все будут уметь лучше?

Я учился в 179-й математической школе на Большой Дмитровке. В детстве много гулял по цент­ру, сейчас — по набережной вдоль Парка Горького и дальше. Но это просто для удовольствия — думать мне комфортнее всего в моей комнатушке в институте, два на полтора метра, с окном, из которого видно березы. Хотя просто думать, конечно, недостаточно. Эта привилегия человека осталась в Древней Греции.

 

Разработчик материалов для аккумуляторов будущего, заведующий кафедрой электрохимии МГУ имени М. В. Ломоносова, профессор Сколтеха. Лауреат премии «ВЫЗОВ» 2024 года в номинации «Прорыв».

В 1990-х произошла революция: были созданы и запущены в производство литий-ионные аккумуляторы. Их емкость была невелика, годилась разве что для портативной техники. Но они прошли долгий путь, теперь литий-ионные аккумуляторы используют в электротранспорте. На наших глазах происходит вторая революция: автопром обещает, что к 2030 году половина автомобилей будет на электротяге, потому что аккумуляторы стали удовлетворять потребителей и по сроку службы, и по продолжительности заряда, и, в первую очередь, по количеству запасаемой энергии на единицу массы устройства. Это огромный рынок, на сотни миллиардов долларов. 

Быстро развивается возобновляемая энергетика — ветра и солнца, наиболее эффективные накопители энергии здесь пока тоже литий-ионные. Но параллельно развивается рынок натрий-ионных аккумуляторов, которые будут дешевле: натрий — шестой по распространенности элемент в земной коре.

Конечно, если произойдет какая-то мировая катастрофа и полный блэкаут, никакие аккумуляторы, даже с самой большой емкостью, нас не спасут. Но на даче можно будет какое-то время продержаться, если есть аккумуляторная батарея. Важно только, чтобы накопитель был безопасный. В конце сентября в Южной Корее сгорел дата-центр на 800 терабайт из-за возгорания литий-ионной батареи. Внутри аккумулятора при его неправильной эксплуатации может происходить бурная реакция теплового разгона, и если такая батарея загорается, ее обычным способом не потушить. 

Я очень люблю научную фантастику о космосе — Орсона Скотта Карда, Дэна Симмонса, Лукьяненко и других авторов. Так вот, там повествование часто начинается с того, что на Земле заканчиваются запасы нефти и других ископаемых источников энергии и нужно придумать, откуда брать и как хранить энергию. 

У нас в России, в Калининграде, строят первую гигафабрику литий-ионных накопителей мощностью 4 ГВт / ч в год. Смартфоны, самокаты, роботы, автомобили, космические аппараты — все требует аккумуляторов. 

Пока абсолютным лидером в их производстве остается Китай, на него приходится 80% мирового рынка и более 50% научных публикаций по теме, и во многом это заслуга их государства. Но наша команда разработала технологию получения катодных материалов для производства литий-ионных аккумуляторов. По мощностям мы пока отстаем от Китая, но по качеству научной продукции и свойствам материалов— нет.