Physique des systèmes complexes
Le Comité Nobel a inclus dans ce domaine de la science pratiquement sans rapport
"Nous sommes au bord d'un gouffre", a déclaré récemmentLe secrétaire général de l'ONU António Guterres. - La température moyenne s'est déjà élevée de 1,2°C au-dessus de celle de l'ère préindustrielle. Ceci est très proche de la lecture critique de 1,5°C. Cette année sera décisive. Si nous échouons [dans le contrôle du climat et la transition vers les technologies vertes], nous serons en grand danger. »
Dans un futur proche, on peut s'attendre à une augmentation des volumestravaux de recherche dans le domaine de la physique des systèmes complexes et de la physique du climat. Les principales découvertes dans ce domaine ont été faites il y a des décennies. Par exemple, dans les années 60, Shukuro Manabe a créé une boîte à outils pour modéliser le système climatique, dix ans plus tard, Klaus Hasselman a lié météo et climat. Le prix pourrait être partagé avec eux par le physicien soviétique Andrei Monin, l'un des fondateurs de l'hydrodynamique géophysique, qui a ouvert la voie à la recherche dans le monde.
Maintenant, en Russie, il y a peu de scientifiques quisont engagés dans la modélisation de systèmes complexes en termes de climat tout en obtenant une reconnaissance internationale. Par exemple, les travaux d'Evgeny Volodin de l'Institute of Computational Mathematics. Marchuk RAS a fait partie du modèle plus large du GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat) il y a plusieurs années. Dans la communauté scientifique, il existe une opinion selon laquelle la recherche russe est désormais très en retard sur les études occidentales et il n'y a tout simplement pas de spécialistes au niveau des lauréats du prix Nobel dans le pays. Les raisons en sont le sous-financement et le déclin de l'expertise.
Il n'y a pas d'institution mondiale distincte en Russie,qui s'occupe de la physique des systèmes complexes. Mais il existe des initiatives régionales - par exemple, le centre éducatif et scientifique "Physique des systèmes complexes", ouvert en 2009 à Kazan. Le programme de master est mis en œuvre selon le principe d'échange d'expériences avec l'Institut des problèmes de mécanique et de science des matériaux modernes ISMANS (France).
Les modèles climatiques ne sont qu'un despratiques, qui récolte les fruits des découvertes dans le domaine de la physique des systèmes complexes. Ainsi, le troisième lauréat du prix Nobel Giorgio Parisi a reçu un prix pour la découverte de modèles mathématiques qui surviennent dans des matériaux complexes (chaotiques), qui ont permis aux scientifiques de décrire de nombreux phénomènes différents - non seulement en physique, mais aussi en mathématiques, biologie, neurosciences, et l'apprentissage automatique. De plus, son travail a été très utile dans la création d'un ordinateur quantique.
La physique quantique
Un ordinateur quantique est l'un des plus puissantsréalisations appliquées. Selon les estimations les plus optimistes, ils apparaîtront en Russie dans quelques années, et jusqu'à présent, il n'existe que des prototypes de différents types de processeurs quantiques. Il s'agit notamment du premier schéma unique à cinq qubits pour l'informatique quantique, créé au laboratoire MIPT.
Une plateforme à 20 ions est également apparue en 2021,une approche alternative à la création d'un ordinateur quantique, "National Quantum Laboratory". Pour la Russie, les deux événements sont une grande percée, mais néanmoins, il s'agit d'un décalage important dans le monde, où il existe déjà un ordinateur quantique à part entière avec 27 qubits et une machine D-Wave de 5000 qubits pour un calcul limité fonctionne.
« Selon Gartner, les quants deviendront une réalitépour la majorité déjà en 2023, et non dans 20 ans, comme on le pensait auparavant », note Elena Zislin, vice-présidente du développement commercial technologique de JPMorgan Chase. — Dans deux ans, 20 % des entreprises dans le monde auront déjà des projets dans le domaine de l'informatique quantique. A titre de comparaison, aujourd’hui, ce n’est que 1 %..
Des expériences pour construire des ordinateurs quantiques dansLa Russie demande beaucoup d'argent. Mais certains domaines de recherche sont souvent menés par plusieurs instituts. Au sein d'équipes internationales, les scientifiques russes ont participé à plusieurs découvertes importantes. Par exemple, un groupe de recherche Skoltech avec IBM a inventé les commutateurs quantiques, une technologie qui multiplie la consommation d'énergie d'un ordinateur quantique. En théorie, cela permettra d'éviter l'utilisation de systèmes de refroidissement coûteux, qui compliquent grandement le fonctionnement de l'appareil.
Un autre a à peu près la même signification pratique.découvertes - des employés du Centre quantique russe avec des collègues de l'Université d'État de Moscou et de l'Université fédérale de Kazan. Pour la première fois dans l'histoire, ils ont obtenu des phénomènes quantiques de supraconductivité et de superfluidité à température ambiante. C'est le rêve des chercheurs du monde entier depuis des décennies.
Il y a aussi de nombreuses découvertes faites enles compositions de groupes internationaux. Par exemple, des scientifiques de l'Institute of Solid State Physics. Osipyan et Skoltech, en collaboration avec des collègues de Princeton (États-Unis) et du Walter Schottky Institute (Allemagne), ont proposé une méthode originale de détection d'états quantiques complexes - les modes Majorana. Les scientifiques tentent de détecter ces particules depuis longtemps, mais c'est extrêmement difficile : elles n'ont ni charge ni spin. L'avantage potentiel de la découverte réside dans l'utilisation de propriétés uniques lors de la création d'un ordinateur quantique d'une nouvelle génération (la vitesse de calcul est plus élevée, l'effet des interférences environnementales est moindre).
Une école scientifique forte se développe là où il y acontinuité. En octobre 2021, une unité de recherche est apparue au MIPT, dont le directeur scientifique sera Andrei Geim, célèbre physicien et diplômé du MIPT qui a reçu le prix Nobel pour la découverte du graphène avec Konstantin Novoselov. Le laboratoire traitera de la mésophysique, ou de la manifestation de phénomènes de mécanique quantique à des échelles macroscopiques. Les découvertes dans ce domaine peuvent être d'une grande importance pratique pour le développement de la microélectronique.
Physique des matériaux
Implication dans des projets scientifiques russesLes lauréats du prix Nobel est une étape stratégique importante vers la création d'un pôle d'attraction pour les jeunes scientifiques, où se concentrerait le potentiel intellectuel du pays. C'est ce que MIPT fait maintenant. L'un des physiciens les plus cités de notre temps, professeur à l'Université de Manchester, le noble Konstantin Novoselov a dirigé le département de Phystech, axé sur les expériences avec des matériaux intelligents bidimensionnels. Il s'agit d'un domaine très prometteur avec un grand potentiel d'effet pour la microélectronique et la technologie. On s'attend à ce que de tels matériaux puissent être utilisés comme base pour les ordinateurs neuromorphiques.
Également engagé dans les nanomatériaux en RussieInstitut Kurchatov. Récemment, des physiciens ont synthétisé une classe fondamentalement nouvelle de matière mince - les films magnétiques sous-monocouches. Ils ont une épaisseur d'un atome, mais ils sont fortement déchargés. Ce sont les aimants artificiels les plus fins jamais créés en laboratoire. Cette découverte peut être associée à une impulsion dans le développement de la spintronique (un système qui utilise le spin comme vecteur d'information en informatique quantique). Dans le cadre des travaux de recherche, les physiciens de l'Institut Kurchatov ont collaboré avec le Centre européen de recherche synchrotron, où il existe une installation d'accélérateur unique qui permet d'étudier les propriétés des nanomatériaux. Cela nous rapproche beaucoup de l'état de la physique des accélérateurs en Russie.
Physique nucléaire et des accélérateurs
Début 2021, la Russie a lancé deuxméga-installations : le réacteur de recherche à neutrons à haut flux le plus puissant au monde PIK et le réacteur à fusion T-15MD (également connu sous le nom de Tokamak). Avec son aide, les scientifiques russes veulent faire des découvertes qui permettront de créer des technologies pour l'énergie nucléaire à deux composants. A l'Institut Kurchatov, ils sont aussi appelés "naturels", c'est-à-dire fermés sur eux-mêmes et naturellement intégrés dans la circulation des ressources de l'environnement.
En outre, des scientifiques de l'Institut Kurchatov travaillent surcréation de centrales nucléaires de faible puissance à base de matériaux thermoélectriques, qui n'ont pratiquement pas besoin d'être entretenues. Le prototype de l'installation, que l'on peut qualifier de batterie atomique compacte, est en service depuis plusieurs décennies. Ce sont peut-être les physiciens russes qui ouvrent la voie à la création de technologies capables d'assurer la vie humaine sur d'autres planètes.
Malgré la présence de plusieurs installations dans le paysDe nouveaux accélérateurs et réacteurs de classe mondiale sont construits moins fréquemment que l'héritage soviétique échoue. C'est un problème sérieux - après tout, la plupart des découvertes en physique des particules et en physique nucléaire se produisent lors d'expériences sur de telles installations.
« Au cours des 30 dernières années, il y a eu une tendance àréduction de la part des travaux effectués dans les centres de recherche de la Fédération de Russie. Cela est dû à l'absence d'une base expérimentale moderne dans le pays. Dans le contexte de l'état général, je dirais, dépressif de la science fondamentale dans le pays, la création de grandes installations d'accélérateurs scientifiques s'est ralentie. Cela a conduit au fait qu'il y a eu un retard important dans le développement des technologies nationales des accélérateurs dans un certain nombre de domaines importants, tels que la médecine nucléaire, la science des matériaux, l'industrie des semi-conducteurs, qui dépendent désormais de fournisseurs étrangers ", a déclaré l'académicien Boris Sharkov lors d'une récente réunion de l'Académie des sciences de Russie.
Le côté positif de la situation est que le niveaula base expérimentale peut être rehaussée, et dans les années à venir. En 2022, le collisionneur NICA sera achevé et lancé à Dubna. Le Centre national de physique et de mathématiques est en cours d'installation à Sarov, où un autre collisionneur, la Super c-tau Factory, apparaîtra. C'est peut-être avec son aide que les scientifiques russes étudient des processus et des phénomènes qui vont au-delà du "modèle standard". Mais ils peuvent les devancer : dans le monde, des expériences sont menées chaque jour dans des installations d'accélérateurs, et les scientifiques sont très proches des découvertes qui jetteront les bases de la « nouvelle physique ».
En attendant, les physiciens théoriciens russes doiventpersuadant littéralement le CERN de mener des expériences. Pour ce faire, vous devez les convaincre de l'utilité potentielle de la découverte. Ceci est maintenant réalisé par Dmitry Karlovets, qui a prouvé mathématiquement la préservation de l'état inhabituel de "torsion" et les propriétés des ondes dans les particules à grande vitesse. Auparavant, les chercheurs n'étudiaient ces propriétés quantiques qu'à des énergies modérées. La question de savoir s'il y a un avantage pratique ici est une grande question, mais toutes les expériences révolutionnaires de l'histoire de la physique ne l'ont pas fixé comme objectif. La cognition a toujours été la chose principale.
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