От сверхпроводимости к искусственному интеллекту: о работе орловских ученых

В Орловском государственном университете имени И. С. Тургенева реализуют проекты, которые находятся на острие научно-технологической революции, пытаясь превратить фундаментальные физические принципы в работающие прототипы процессоров будущего.

Краеугольным камнем для развития таких технологий стало открытие нобелевского лауреата Алексея Алексеевича Абрикосова, ученика легендарного Льва Ландау. Речь идет о сверхпроводниках II рода.

Сверхпроводимость - это свойство некоторых материалов проводить электрический ток без сопротивления при чрезвычайно низких температурах. Открытие Абрикосова заключалось в том, что он теоретически объяснил поведение особого класса сверхпроводников, которые сохраняют свои свойства даже в условиях сильнейших магнитных полей. Он предсказал, что магнитное поле проникает в такой сверхпроводник в виде квантованных вихрей, которые выстраиваются в упорядоченную структуру — «вихревую решетку Абрикосова».

Практическое значение этой работы колоссально. Без сверхпроводников II рода были бы невозможны мощные электромагниты, которые являются сердцем томографов (МРТ), ускорителей частиц и, что особенно важно, перспективных квантовых компьютеров.

Второй союзник современных исследователей - спинтроника. Если традиционная электроника использует заряд электрона (крошечную частичку электричества), то спинтроника играет с его внутренним «магнитиком» — спином. Этот «магнитик» может смотреть «вверх» или «вниз», надёжно храня состояние 0 или 1, даже когда питание отключено. Это идеальная, стабильная и экономичная ячейка памяти.

А теперь - самое интересное. Учёные создают гибридные структуры, где эти два принципа работают в паре.

Проект по разработке вычислителей на базе сверхпроводниковой спинтроники, выполненный в Орловском государственном университете имени И. С. Тургенева с 2020 по 2023 год стал современным развитием идей Абрикосова на практике.

Квантовые вычисления - одна из самых передовых областей науки. Основной единицей информации в квантовом компьютере является кубит. Многие из стабильных и перспективных типов кубитов создаются на основе сверхпроводящих материалов, физика которых подчиняется тем принципам, что впервые были описаны Абрикосовым.

Работа орловских ученых направлена на преодоление ключевого технологического барьера - перехода от прототипов с несколькими кубитами к созданию более масштабных и мощных квантовых процессоров. Это критически важно для решения задач по созданию систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта. Проект является частю большого пути по созданию новой вычислительной логики, где наследие великих физиков прошлого находит новые воплощения, чтобы подарить миру машины, способные думать по-настоящему эффективно. Он обещает не просто увеличение скорости, а качественный скачок, открывая двери к решению задач, которые сегодня считаются недоступными для самых мощных суперкомпьютеров. Это шаг к тому, чтобы вычислительная мощь перестала быть просто «быстрой», а стала еще и «мудрой».

Проект «Нобелевские лауреаты» выполняется при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Десятилетия науки и технологий, объявленного Указом Президента Российской Федерации от 25 апреля 2022 г. № 231.