За последние годы отечественные ученые успели совершить немало новых прорывов в самых разнообразных областях знаний. Мы выбрали для вас самые интересные.
Электроракетный двигатель КМ-75
Впервые научное обоснование возможности межпланетных путешествий дал великий русский ученый и основоположник космонавтики Константин Циолковский. Еще в 1903 году он не только доказал возможность полетов на другие планеты, но и разработал проект первого ракетоплана. Тогда Циолковский предположил, что для осуществления этих задач отлично подойдут электроракетные двигатели.
Практические работы в этой области начались в 1970-х годах и продолжаются до сих пор – сейчас электроракетные двигатели чаще всего устанавливают на спутники. Однако есть надежда, что в недалеком будущем, достигнув определенной мощности, такие двигатели можно будет использовать для полетов на другие планеты Солнечной системы.
На данный момент наиболее мощные двигатели такого типа разработали ученые российского центра имени Келдыша. Одна из версий установлена на российском военном спутнике и уже три года бесперебойно функционирует в невесомости.
51-кубитный квантовый компьютер
Сегодня все сферы нашей жизни связаны с разнообразными гаджетами – компьютерами, планшетами, смартфонами. Мы привыкли к тому, что с каждым годом появляются новинки, чьи технические характеристики значительно лучше старых моделей.
Но, как выяснилось, у таких «классических» компьютеров есть предел совершенства.
Так, ученые утверждают, что тактовая частота (а именно этот показатель определяет скорость работы компьютеров) имеет теоретический максимум – 10 ГигаГерц.
Другой предел – это количество транзисторов в микросхемах, благодаря которым и работают все современные компьютеры. Чем больше транзисторов, тем лучше. С момента изобретения первого транзистора, их количество каждые полтора года удваивалось. Однако, следуя этой логике, в итоге в недалеком будущем каждый транзистор должен состоять из атомов, что также невозможно.
Решить эти проблемы может создание принципиально новой вычислительной машины – квантового компьютера.
Чем устройство квантовых компьютеров отличается от классических?
В первую очередь, квантовые компьютеры совсем по-другому представляют информацию.
Мы знаем, что классические ЭВМ используют нули и единицы для описания всего окружающего мира. Каждый бит может находится только в одном состоянии (0 или 1).
В свою очередь, квантовые компьютеры, используя принцип суперпозиции, пользуются кубитами. Кубиты, в отличие от классических битов, могут находиться одновременно сразу в нескольких состояниях.
Благодаря этому рекордно возрастает скорость всех проводимых вычислений. Так, с некоторыми задачами, для решения которых самому мощному современному суперкомпьютеру потребовались тысячелетия, квантовый компьютер справится за минуты.
Как и в случае с транзисторами, чем больше кубитов, тем лучше. Последним достижением в этой области стал 51-кубитный квантовый компьютер, который создал коллектив ученых под руководством Михаила Лукина – сооснователя Российского квантового центра.
Прогресс квантовых компьютеров должен открыть совершенно новые возможности для человечества в самых разнообразных сферах. Например, благодаря мощным вычислителям, врачи смогут диагностировать рак на самых ранних стадиях, а инженеры – создавать сложные автопилоты.
Квантовый блокчейн
Создание квантовых вычислительных машин – огромный технологический прогресс. Однако их высокая производительность ставит под угрозу все существующие классические схемы шифрования данных, важных, в первую очередь, для финансовых операций.
Сейчас наиболее эффективной технологией, которая способная защитить все проводимые вами транзакции, является блокчейн. Впервые эту технологию описал японец Сатоси Накамото в 2008 году как некий инструмент для обмена самой популярной сейчас криптовалюты, биткоина.
В сущности, блокчейн – это база данных, которая состоит из отдельных блоков информации, организованным определенным образом. Каждый новый блок содержит в себе данные предыдущих блоков, благодаря чему практически невозможно внести изменения на любом этапе работы в системе. Особенно это привлекательно для банковской сферы в ситуации, когда участники сделки относятся к друг другу с определенной степенью недоверия, но должны достигнуть договоренности.
Блокчейн делает операции каждого видимыми для других партнеров, но не позволяет другим участникам взломать эти операции, поскольку каждый использует свою уникальную цифровую подпись.
Кроме того, блокчейн существенно ускоряет все сделки. Если при использовании классических схем, когда каждый шаг проверяется банками и юристами, на сделку уходит от 7 до 14 дней, то с блокчейном весь процесс займет не более нескольких часов.
Сейчас классические вычислительные машины не представляют угрозы для безопасности этой технологии. Однако совсем недавно ученые доказали, что более мощные квантовые компьютеры могут с легкостью получить доступ к самым сокровенным тайнам ваших финансовых операций.
О том, как можно решить эту проблему, задумались исследователи Российского квантового центра.
Главная особенность новой технологии – отсутствие электронных подписей, подделать которые для квантового компьютера не составляет труда. Теперь же все операции проходят автоматически, не запрашивая уникальной цифровой подписи.
Но что же тогда служит гарантом безопасности?
В этом случае за сохранность ваших данных выступают сами законы квантовой механики, согласно которым любая попытка определить состояние системы (непосредственно ваших финансов) автоматически ее изменяет. То есть каждый раз, когда злоумышленник попробует взломать квантовый блокчейн, он сам и поменяет все шифры. В результате, полученная им информация будет неактуальной.
Такой неуловимый блокчейн работает и на перспективу – в будущем он сможет выстоять в условиях резкого развития квантовых вычислительных машин.
Нейропротезирование
Разработки в области нейропротезирования – науки, находящейся на стыке нейробиологии и биомедицинской инженерии – за последние 15 лет в России достигли серьезных успехов.
Известно, что в большинстве случаев при спинальных травмах спинной мозг не повреждается полностью, то есть почти всегда существует надежда на восстановление подвижности.
Так, ученые лаборатории нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ успешно используют гибкие электрохимические протезы в экспериментах на лабораторных животных. Нейрофизиологи из Петербурга за несколько недель способны восстановить у крыс подвижность даже в случае полной потери связей между спинным и головным мозгом.
Сам по себе нейропротез – это небольшая силиконовая пленка, которую пронизывают многочисленные каналы для введения лекарственных препаратов и электроды. Этот имплантат помещают под твердую мозговую оболочку и крепят к позвонкам.
Пока что применяют данные технологии только к лабораторным животным, однако есть шанс, что грамотное сочетание нейропротезирования и нейрофармакологии, поможет лечить даже такие сложные заболевания, как боковой амиотрофический склероз.
Полимер «швейцарский сыр»
Еще одной важнейшей задачей науки является создание программируемых материалов, которые будут определенным образом реагировать на изменения внешней среды – света, температуры, давления.
Ученые из Санкт-Петербургского университета и Института органической химии имени Зелинского разработали новый метод получения полимеров, который в будущем поможет упростить точечную доставку лекарств в нужные органы или ткани. Оказалось, что полимер, изготавливаемый из дешевого карбида кальция, по-разному ведет себя в различных веществах: в одних растворяется очень хорошо, а в других – совсем не растворяется. Таким образом, можно законсервировать в порах полимера необходимое вещество, которое не будет активировано до наступления определенных условий.
Любопытна и структура нового материала: под электронным микроскопом видно, что весь он «испещрен» упорядоченными порами, придающими полимеру сходство со швейцарским сыром.
