Диалоги (июнь 2003 г.) - Александр Гордон

А.Г. А какими свойствами в данном случае обладает барьер?

А.З. Это хороший вопрос. Барьер, это фактически магнитная анизотропия, но в молекуле. И вот, молекула марганец-12, это действительно молекулярный магнит, она обладает петлёй гистерезиса, то есть у неё имеется анизотропия. То есть это магнит на молекулярном уровне. И вот это интересно и с практической точки зрения. Поскольку это магнит на молекулярном уровне, то мы можем использовать его для записи информации, т.е. одну молекулу. Конечно, эта идея очень простая, она появилась совсем недавно в «Нью-Йорк таймс», американские физики, её запустили. Сумасшедшая плотность, конечно. Она на четыре порядка больше, чем плотности современных магнитных дисков и так далее. Но идея, честно говоря, слишком сырая, слишком много трудностей, проблем на этом пути.

К.З. То есть управление.

А.З. Не только управление. Это хранение информации, низкая температура нужна и так далее. Но в целом идея здравая и она, конечно, не только у американцев, она и во всех лабораториях обсуждалась. Только американцы её смело подали в газету.

Но понятно сейчас, что нужно делать крупные молекулы для того, чтобы организовать эту систему. А для того чтобы сделать крупную молекулу, надо знать, как устроены молекулы внутри, какие там взаимодействия и так далее.

А.Г. То есть речь идёт уже не о синтезе органических молекул, которые обладают этими свойствами, а о создании некой молекулы.

А.З. О создании новых молекул, да. То есть надо разобраться с этими взаимодействиями. И вот я вам сейчас могу рассказать про эксперименты, которые мы провели сравнительно недавно с этими молекулами. Основная идея их была – полностью намагнитить эту молекулу. Она так сложно устроена, что для этого нужны поля порядка миллионов гаусс. Это большая проблема. Но оказалось, в России такие поля есть. И они есть в Арзамасе-16, в Сарове – это федеральный ядерный центр. Они были созданы тогда, когда Сахаров ещё там работал. Он был создателем этих полей. Потом академик Павловский подхватил это дело, и сейчас они сохранились.

И вот несколько лет тому назад меня пригласили туда на чашку чая обсудить возможности использования их полей для магнитных физических измерений. И одно из предложений, которое мы обсуждали, это вот намагничивание этих больших молекул. Вернувшись оттуда, мы с моим другом, профессором Поповым Александром Ивановичем из Зеленограда, рассчитали этот процесс намагничивания. И обнаружили одну интересную штуку, что процесс действительно идёт в мегагауссных полях, но идёт квантовым образом, квантовые скачки возникают. И после этого расчёта мы достали эти материалы, французы, итальянцы помогли с этим делом, и начали эксперименты. Несколько лет вели, у нас в России, в Арзамасе-16, в Сарове, в Америке, в Лос-Аламосе, американцы тоже к этой работе подключились. И в результате действительно измерили процесс намагничивания, получили петлю намагничивания, то есть полностью намагнитили молекулу. И действительно увидели, что процесс намагничивания идёт путём квантовых скачков. Вот сейчас эту картинку хорошо было бы показать.

То есть процесс намагничивания молекулы идёт путём квантовых скачков. Это был важный момент. И вот эта нижняя кривая, она как раз показывает, как ведёт себя восприимчивость этой молекулы, виден пик восприимчивости, он находится при полях примерно 600 Тесла, то есть это 6 миллионов Эрстед. Это реально было всё сделано. И я эту картинку очень люблю и горжусь этой картинкой. Какой результат? То есть фактически мы сейчас, после того как включились теоретики и раздраконили эту молекулу, мы знаем все взаимодействия. Конечно, работы ещё довольно много с этой молекулой и с другими. Но это путь к измерению того, как внутри устроены эти молекулы, это нужно для синтеза новых молекул. Вот это самый последний и новый результат. И это тоже проявление квантового поведения этих объектов.

А.Г. А синтез нужен для создания новых технологий, которые приведут в том числе и к созданию новых макрообъектов, которые будут работать на нанопринципах. Например, компьютеров.

А.З. Именно так. То есть обнаружение макроскопического квантового поведения магнитных молекул – это интересно с физической точки зрения. Но здесь есть и шаг к квантовому компьютеру. И такие компьютеры квантовые на вот этом принципе использования магнитных нанокластеров, они предложены. Они предложены и европейскими физиками, американскими, и у нас есть свои идеи в этом направлении. Но, нужно сказать, всё ещё впереди, вся работа впереди.

А.Г. Понятно. Говоря об этих компьютерах, всё-таки в чём будет принципиальное, кроме способа хранения информации, различие между классическими компьютерами и квантовыми компьютерами? Это что, скорость обработки информации или это попытка решения задач, которые принципиально не могут быть решены на классических компьютерах?

А.З. Я думаю, второе. То есть фактически здесь речь идёт о задачах, которые принципиально трудны для классических компьютеров, сила квантового компьютера в том, что он позволяет проводить параллельные вычисления. Ну, представляете это, что бит классический – это два состояния. А кьюбит квантовый, т.е. бит квантового компьютера, это фактически все состояния на сфере. И, конечно, поэтому и эффективность квантового компьютера намного сильнее.

Но сейчас в наше время на этом пути сделаны только двухкубитные системы, из двух битов.

А.Г. Я так понимаю, что отказ от бинарной системы записи влечёт за собой отказ и от формальной логики, которая буквально преследует компьютерную технику и компьютерные программы сегодня. То есть, грубо говоря, современный компьютер, как бы ни была написана программа, не может решить вопрос: кто красивее – женщина или паровоз? – обладая только этим набором данным. А квантовый компьютер может попытаться ответить на этот вопрос – со своей точки зрения, разумеется.

А.З. Если мы в него что-то сможем внести. Но сейчас пока реализованы только двухкьюбитные системы.

А.Г. А уже есть прототипы такие?

А.З. А вот буквально за последние годы, за последний год даже, два я примера знаю. На кремнии с фосфором – есть такой квантово-компьютерный центр в Австралии. Они сделали двухкубитную систему. И буквально недавно сделали на джозефсоновских элементах двухкубитную систему. Это тоже интернациональная группа, состоящая из наших, российских физиков, из японских, из американцев, два таких варианта сейчас есть.

А.Г. Но всё-таки, прогнозируя революционные изменения (это очень, кстати, похоже на график намагничивания вашего) – должен быть какой-то взлёт по развитию технологии, за достаточно короткое время. Когда вы его прогнозируете, этот взлёт?

А.З. Вы имеете в виду технологию квантовых компьютеров?

А.Г. Не обязательно квантовых компьютеров. Как это точнее сказать-то… Квантовые матрицы больше сейчас, чем двухкюбитные.

А.З. Как говорят специалисты, что для того чтобы квантовый компьютер мог конкурировать с современными бинарными компьютерами, нужно чтобы компьютер состоял примерно из тысячи кюбитов, тогда они могут конкурировать. Но сейчас два. Если опереться опять же на тот закон Мура и считать, что за полтора года его интеграция удвоится, где-то через 15-20 лет до тысячи дойдём. Если, конечно, в этой области этот закон будет работать.

А.Г. Да. Ну, хорошо, я всё время вспоминаю Симона Шноля, который любому теоретику говорит: «А что от этого нашему колхозу?» Кроме компьютерных технологий, о которых вы уже упоминали, нанотехнологии могут работать буквально везде. В ближайшее время каких нам здесь прорывов ждать?

А.З. Костя, по-моему, хотел об этом сказать, но не сказал почему-то. Вот магнитные нано-кластеры, нано-частицы, они не только в спинтронике интересны. Из ультрадисперсной системы, – грубо говоря, это органика, и пластмасса, и в неё погружаются эти малые частицы – можно делать массу всяких интересных вещей.

А.Г. А именно?

А.З. Постоянный магнит, это всем известно сейчас.

К.З. Мягкие магниты фактически.

А.З. Да. Причём в Штатах сейчас это очень здорово развивается. Они делают, скажем, магнитную рекламу. Она как лента – на автомобиле, где угодно крепится. И хотя эта работа требует использования очень мелкодисперсного порошка, но его можно покупать. Пластмасса тоже, так сказать, не Бог весть какая технология. Это могут делать малые предприятия, малые фирмы – и делают. Вот у нас в университете я знаю команду, они активно в это дело влезли, они, например, изобрели магнитную пену для того, чтобы всякое масло, нефть с поверхности моря снимать. Другая интересная штука – магнитный клей. Вот это то, что колхоз может использовать, если колхозом назвать малую фирму.