Шесть молодых российских ученых, которые двигали науку и технологии в 2021 году

Сергей Макаров (33 года, ИТМО) 

Достижение: победитель Research Excellence Award Russia 2021.

Сергей Макаров — один из самых молодых докторов наук в Университете ИТМО. В 29 лет он возглавил лабораторию гибридной нанофотоники и оптоэлектроники, которая была создана совместно с профессором Техасского университета Анваром Захидовым.

Макаров сам во время поездки в Штаты предложил сотрудничество именитому американцу. И не прогадал: новая лаборатория активно включилась в мировую гонку по нанофотонике и начала разрабатывать технологии на основе перовскитов, в том числе солнечные элементы с высоким КПД. 

В прошлом году физик стал лауреатом Премии Президента России (награжден за изучение свойств резонансных полупроводниковых наночастиц), а его команда выиграла мегагрант (90 млн рублей на три года) на создание сверхкомпактных лазеров. 

В 2021 году Макаров получил премию Research Excellence Award Russia как самый продуктивный и молодой автор в области наук о материалах. Физик был признан одним из самых цитируемых ученых в своей области в международном сообществе. 

«Мы изготавливаем солнечные батареи. Внедряем частицы. А они позволяют лучше улавливать свет от солнца и преобразовывать его в электричество. Также используем наночастицы для создания оптических чипов, которые в дальнейшем должны заменить электронные.

Сигналы будут проходить быстрее в тысячу раз. Это важно для каких-либо вычислений, например, прогноза погоды. Наш суперкомпьютер сделает его точнее и быстрее» (из интервью Spbdnevnik.ru).

Сергей Макаров родился во Владивостоке в семье ученых. Он поступил в Дальневосточный технический университет, а после третьего курса переехал в столицу и перевелся в Московский инженерно-физический институт (МИФИ).

Решая, где продолжить научную карьеру (он рассматривал в том числе варианты лабораторий США и Великобритании), Макаров выбрал Физический институт имени Лебедева РАН (ФИАН), где защитил диссертацию по специальности «Лазерная физика», а после этого в рамках программы ITMO Fellowship перешел в Университет ИТМО. 

Валентин Борщевский (37 лет, МФТИ)

Достижение: премия исследовательского ускорительного комплекса ESRF «Молодой ученый года» за работу над мембранными белками. 

ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) — это международная научная организация, куда входит два десятка европейских стран, включая Россию.

Все они имеют возможность ставить опыты на синхротроне. Этот гигантский прибор-ускоритель размером с километр в диаметре (был построен в Гренобле в 1994 году, потом пережил два крупных обновления в 2009 и 2018 годах) необходим биологам, химикам и другим ученым для исследования свойств сложных биологических молекул и структур разных материалов. 

Каждый год ESRF присуждает премии ученым в возрасте до 37 лет. В 2021-м за эксперименты с мембранными белками премию «Молодой ученый года» получил Валентин Борщевский. Его команде удалось раскрыть структуру и функции двух мембранных белков, связанных с развитием астмы и рака кожи.

«Цель нашего проекта — изучить, как работают ретинальные белки, и для этого нам необходимо выяснить, как они устроены. С этой целью мы их кристаллизуем и исследуем на станциях структурной биологии в ESRF, где собираем ценные данные не только о базовом состоянии белков, но и о их поведении при активизации светом.

Как только мы получим эту информацию, мы сможем изменять свойства белков» (из интервью пресс-службе МФТИ).

Борщевский родился в крохотном городке Каменск-Шахтинский в Ростовской области. Он окончил Физтех, после чего работал в Германии и Франции. Защитив докторскую диссертацию, ученый вернулся в Россию и стал одним из создателей лаборатории перспективных исследований мембранных белков в МФТИ. 

Вместе со своей командой Валентин работает над рецепторами, сопряженными с G-белками (GPCR), и ретинальными белками. Ученые установили, каким образом мутация в одном из них связана с возникновением редкой и смертельной меланомы.

Результаты экспериментов помогут разработать потенциальные методы лечения заболевания. Команда Борщевского уже получила на свои исследования грант от компании Bayer. 

Илья Семериков (29 лет, РКЦ) 

Достижение: создание квантового вычислителя на основе ультрахолодных ионов. 

Илья Семериков — выпускник МФТИ и научный сотрудник группы «Прецизионные квантовые измерения» в Российском квантовом центре (РКЦ).

Возглавляет эту группу известный российский физик Николай Колачевский, директор Физического института имени Лебедева (ФИАН), в лабораториях которого ученые работают над созданием ионного квантового компьютера. В 2021 году они сделали в этом направлении большой шаг: собрали платформу из 20 ионов, захваченных электромагнитной ловушкой. 

Интересно, что такого успеха Семериков и его коллеги добились буквально за год. Масштабная работа в стенах ФИАН началась в прошлом ноябре, когда команда закупила оборудование, просчитала отдельные модули (наборы взаимосвязанных оптических и электронных компонентов) и создала экспериментальную установку.

Кампус Сколтеха, где расположен офис Российского квантового центра в «Сколково». Источник: sk.ru

Сейчас эти модули успешно функционируют — можно ловить ионы и выполнять однокубитные операции. Следующий шаг — двухкубитные операции и реализация квантовых алгоритмов. 

«Группа Николая Колачевского работает над созданием ионного квантового компьютера — в совместных лабораториях ФИАН и РКЦ.

И если год назад там практически ничего не было — только одиночные ионы, которые использовались для сверхточной метрологии, — то сейчас уже есть достаточное количество ионов, проводятся однокубитные операции и ведется работа над двухкубитными. И не за горами тот момент, когда мы сможем программировать такие системы» —Алексей Федоров, руководитель научной группы в РКЦ — в интервью RB.RU.

Сегодня ученые в мире работают над созданием квантовых компьютеров на четырех основных платформах: сверхпроводниковых цепочках, ионах, нейтральных атомах и фотонах.

Популярнее всего сверхпроводники, на базе которых созданы самые мощные современные квантовые компьютеры (китайский Zuchongzhi и американский Hummingbird, с 66 и 65 кубитами соответственно).

В России имеются пока только прототипы квантовых вычислителей. Перед Национальной квантовой лабораторией (НКЛ) стоит задача до конца 2024 года помочь российским ученым создать квантовый компьютер из 30-100 кубитов. 

Александр Коротин (27 лет, Сколтех, Институт искусственного интеллекта AIRI)

Достижение: лауреат премии имени Ильи Сегаловича («Яндекс») в номинации «молодой исследователь». 

Для Александра Коротина это уже вторая премия Сегаловича (в 2019 году премия была ему присуждена в первый раз). Ученый занимается онлайновым машинным обучением, генеративными моделями и агрегирующими алгоритмами.

В 2021 году Александр разработал ряд алгоритмов для вычисления оптимального соответствия между вероятностными распределениями с помощью искусственных нейронных сетей. Алгоритмы позволяют эффективно решать задачи моделирования и сопоставления многомерных вероятных распределений данных.

«С начала аспирантуры я начал заниматься методами обучения генеративных моделей на основе теории оптимального транспорта. В частности, эта технология позволяет автоматически генерировать исходные данные для обучения нейронных сетей, заменять лица на фотографиях, перекрашивать волосы, увеличивать разрешение фотографий.

Современные генеративные модели позволяют генерировать изображения 1024х1024, и это разрешение необходимо увеличивать.Сейчас я готовлю исследование и ставлю вычислительные эксперименты, чтобы обойти ограничения стандартных архитектур при обработке изображений в нейросетях. Это позволит получать более качественные результаты с помощью генеративных моделей» (из интервью InScience.News). 

Коротин — аспирант Сколтеха и руководитель исследовательских проектов в недавно созданном в России Институте искусственного интеллекта (AIRI). Он родом из Самары, увлекся математикой в школе и в 2016 году получил сразу три образования: окончил факультет математики Высшей школы экономики (и там же — военную кафедру) и стал обладателем диплома Школы анализы данных «Яндекса».

В Институте искусственного интеллекта Коротин в команде Евгения Бурнаева разрабатывает новые методы для контролируемого генеративного моделирования на основе теории оптимальных транспортных планов.

Эти методы можно применять в различных задачах — от синтеза искусственных данных до улучшения сигналов, изображений и агрегации данных с нескольких источников.

Юрий Курочкин (37 лет, МИСиС)

Достижение: развитие квантовых коммуникаций, запуск первой квантовой сети с открытым доступом в Москве. 

В 2021 году в Москве началось тестирование первой квантовой сети, которая объединила университеты МИСиС и МТУСИ и была основана на открытой архитектуре — ее можно расширять и масштабировать. Проект был реализован членами консорциума центра компетенций НТИ «Квантовые коммуникации». 

Директор центра — 37-летний Юрий Курочкин, кандидат физико-математических наук по теме экспериментальной квантовой криптографии. После защиты кандидатской диссертации он работал в Российском квантовом центре (РКЦ), где занимался научной работой.

Затем Курочкин возглавил компанию-спинофф РКЦ — QRate, которая в 2016 году первой в России соединила два удаленных наземных объекта квантово защищенным каналом (30-километровая линия между двумя офисами «Газпромбанка»). 

В 2020 году команда ученого связала квантовой сетью два офиса «Ро­сатома» с помощью оптоволокна «Рос­те­лекома». А в 2021-м выпустила новый продукт — квантовый генератор случайных чисел.

Научно-образовательный комплекс квантового распределения ключей

«Уникальность квантового распределения ключей в том, что благодаря свойствам элементарных частиц можно гарантированно обнаружить попытки взлома и исключить возможность незаметного перехвата ключей, — рассказывал в интервью RB.RU ученый. — В основе этого процесса лежит фундаментальный закон физики — феномен квантовой запутанности. Этот закон гласит, что невозможно создать копию фотона, который находится в неизвестном квантовом состоянии».

«Мы первые в СНГ по скорости генерации квантовых ключей. Сейчас мы примерно на одном уровне с коллегами из Китая, но уже быстрее, чем швейцарцы, хотя они плотно работают над квантовыми технологиями. Помимо нас российский рынок представлен выходцами из МГУ и ИТМО. Они начали развивать свои проекты раньше, зато мы быстрее растем» (из интервью RB.RU).

К концу 2022 года специалисты QRate и ученые НИТУ МИСиС планируют разработать дешевую мини-систему квантовой связи — для бизнеса среднего уровня и рядовых потребителей. По оценкам Курочкина, эта миниатюрная версия системы квантового распределения ключей сможет поддерживать связь с узлами, удаленными примерно на сто километров.

Антон Рогачев (40 лет, МГУ)

Достижение: создание механической собаки, отечественного аналога робота компании Boston Dynamics. 

В октябре российские СМИ всколыхнула новость о том, что сотрудники НИИ механики МГУ спроектировали и собрали шагающего робота-пса. 15-килограммовая робособака прогулялась по территории университета, несколько раз завалилась на бок и продемонстрировала, что может ходить прямо и по кругу.

Создание робота заняло два года, командой разработчиков руководил ведущий инженер лаборатории общей механики НИИ механики МГУ Антон Рогачев. Ученый объяснил, что на создание собаки его вдохновили четвероногие роботы, созданные Boston Dynamics, и что отечественный аналог поможет преподавать робототехнику студентам. 

«Пока его зовут Боксер — как нечто среднее между собакой породы боксер и Porsche Boxster. Робот движется по алгоритмам, которые мы ему задаем. Может разогнаться до 3 км в час.

Из нероссийского внутри у него коптерные моторы, зато полностью отечественная электроника, разработанная под приводы, и низкоуровневое программное обеспечение, которое позволяет шагать и управлять моторами.

Никто не знает, какой код внутри у собак Boston Dynamics, мы же можем ответить за каждую строчку кода внутри нашего робота. По нему мы можем обучать, как строить собак. Это знание говорит нам о том, что мы владеем технологией» (из интервью телеканалу «Дождь»). 

Теперь российские инженеры должны усовершенствовать алгоритмы и отладить механизмы робособаки, а также снизить ее вес и увеличить время работы без подзарядки. В будущем ее могут научить ходить по лестнице и делать сальто. 

Компания Boston Dynamics была основана в 1992 году Марком Райбертом, который прославился тем, что придумал в 80-е робота-кенгуру, прыгающего на одной ноге.

Своего первого робопса под названием BigDog компания продемонстрировала еще в 2005 году. Его максимальная скорость составляла 6,4 км/ч, он преодолевал уклон до 35 градусов и был способен переносить до 150 кг груза.

Итоги года — 2021 на RB.RU 

Все фотографии взяты из личного архива героев. На обложке: Сергей Макаров (в первом ряду) и команда.