Печатная версия
Архив / Поиск

Archives
Archives
Archiv

Редакция
и контакты

К 50-летию СО РАН
Фотогалерея
Приложения
Научные СМИ
Портал СО РАН

© «Наука в Сибири», 2019

Сайт разработан и поддерживается
Институтом вычислительных
технологий СО РАН

При перепечатке материалов
или использованиии
опубликованной
в «НВС» информации
ссылка на газету обязательна

Наука в Сибири Выходит с 4 июля 1961 г.
On-line версия: www.sbras.info | Новости | Архив c 1961 по текущий год (в формате pdf), упорядоченный по годам
 
в оглавлениеN 43 (2229) 5 ноября 1999 г.

СПОТКНУТСЯ ЛИ ФИЗИКИ,
или Неизбежность квантового компьютера

Галина Шпак, "НВС".

Четвертая Российская конференция по физике полупроводников проходила под флагом юбилея Российской академии наук. Возможно, поэтому "Полупроводники-99" получили финансовую поддержку. Организаторы конференции выразили благодарность Министерству науки и технологии РФ, РФФИ, Президиуму РАН, Научному Совету программы "Физика твердотельных наноструктур", Международному центру фундаментальной физики в Москве. Перечень этих организаций вынесен на титульную страницу книжки программы конференции. Именно -- книжки -- на два печатных листа -- настолько велико было количество докладов.

Конференция проводилась в Сосновке, полюбившейся многим организаторам крупных научных конференций (на полном пансионе, уютно и недорого).

Первое, пленарное заседание, открыл член-корреспондент РАН Владислав Борисович Тимофеев -- председатель Научного совета по физике полупроводников РАН.

И первый доклад "Поверхность и границы раздела полупроводников: структура и электронные свойства", с которым выступил доктор физико-математических наук А.Асеев (директор ИФП СО РАН), отразил основные результаты института по исследованию структуры и электронных свойств поверхности и границ раздела полупроводников. Отмечалось, что основополагающие принципы данных работ, состоящие в требовании химической и структурной определенности объектов исследования, были сформулированы основателем Института физики полупроводников академиком А.Ржановым в его известной монографии "Электронные процессы на поверхности полупроводников". Институту принадлежит первенство в решении сложнейшей проблемы управления плотностью поверхностных состояний границ раздела полупроводник-диэлектрик. Сделанное "на кончике пера" предположение о непрерывности спектра поверхностных состояний нашло в последующем убедительное подтверждение при изучении атомной структуры границ раздела методом электронной микроскопии высокого разрешения.

...На третий день работы конференции меня познакомили с "полярными" физиками.

Владислав Борисович Тимофеев представлял Москву. Он, кроме всего прочего, -- главный научный сотрудник Института физики твердого тела РАН, занимается оптической спектроскопией полупроводников.

Член-корреспондент РАН Виктор Григорьевич Лифшиц -- из Владивостока. Он руководит научно-технологическим центром полупроводниковой микроэлектроники (при Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН), декан физико-технического факультета, заведующий кафедрой физики и технологии материалов полупроводниковой микроэлектроники Дальневосточного государственного университета. Вот и получилось -- "от Москвы до самых до окраин...". И все о полупроводниках.

Разумеется, мне не терпелось спросить, как физики "дошли до точки". Точка -- основное понятие не только в геометрии, но соответственно -- в механике, физике... Объект, не имеющий ни одного измерения... Воображаемое тело бесконечно малых размеров... Но квантовую точку телом никак не назовешь... Где же точка опоры для физиков, которые предлагают идеи создания квантового компьютера?

В кулуарах конференции. В центре -- член-корреспондент РАН В.Тимофеев

Но коль скоро мой "западный" собеседник В.Тимофеев возглавляет Научный совет Академии по физике полупроводников и Программный комитет конференции, -- он задал тон в разговоре, и сказал, что в системе цивилизационных ценностей полупроводники занимают не последнее место. Я напомнила о Нобелевской премии по физике за 1998 год, которая была присуждена трем американским физикам -- "За открытие новой формы квантовой жидкости с дробнозаряженными возбуждениями" (формулировка Нобелевского комитета; предлагаю всем заинтересованным познакомиться, кто не читал, с блестящей статьей доктора физико-математических наук З.Д.Квона, заведующего лабораторией ИФП СО РАН -- "Нобелевская премия как зеркало современной физики", опубликованной в "НВС", N 41 за 1998 г.). В свою очередь, В.Тимофеев назвал последние годы двадцатого столетия юбилейными для физики полупроводников. В прошлом году отмечался юбилей открытия транзистора, который перевернул мир и открыл дорогу к информационному обществу.

-- И сорокалетие полупроводникового лазера, -- уточнил мой собеседник. -- Эти два объекта -- полевой транзистор и полупроводниковый лазер -- два кита, на которых построена вся современная и, по-видимому, будущая информатика. Это компьютеры, оптоэлектроника, это обработка и транспорт информации. И естественно, полупроводниками занят весь научный мир.

-- Владислав Борисович, какое же место отведено отечественной науке?

-- Я бы сказал, -- вполне достойное и приличное. В области физики полупроводников работает целый ряд академических учреждений. В Сибирском отделении -- Институт физики полупроводников. И не случайно, что здесь проводится столь престижная конференция. В институте большие достижения, реальные, признанные не только в нашей стране. Назову и такие физические центры, как Физико-технический институт имени Иоффе в Санкт-Петербурге, Институт физики твердого тела в Черноголовке, московские институты -- Радиотехники и электроники, Институт им. Лебедева (ФИАН), МГУ, Физики металлов в Екатеринбурге, Институт физики микроструктур в Нижнем Новгороде.

За последние годы, как известно, общая ситуация в науке изменилась. Прямо скажем, -- к фундаментальной науке, подчеркиваю -- фундаментальной, а не прикладной, -- очень заниженное внимание, слабая финансовая поддержка. И все-таки сохраняются основные научные школы, которые продолжают готовить научную смену, выискивать молодые таланты, с тем, чтобы существовала преемственность и непрерывность этого процесса. Процесс не прерывается во многом благодаря научным контактам с зарубежными партнерами. Как говорят, чтобы не происходило "утечки мозгов", чтобы молодые ученые не сбегали за рубеж в поисках пристанища, -- мы и взаимодействуем с зарубежными партнерами, которые частично финансируют лидирующие направления физики полупроводников.

-- Извините, институты, которые вы назвали, сами ищут себе партнеров? Существует ли общая программа приоритетных работ в большой Академии?

-- Конечно, в Российской академии, а также в Министерстве науки и технологий существуют различные целевые программы, направленные на поддержку наиболее приоритетных исследований. Например, эта, новосибирская, конференция, ее участники получили поддержку межотраслевой научно-технической программы, которая называется "Физика твердотельных наноструктур". В рамках Академии давно организован Российский фонд фундаментальных исследований...

-- Ну, это известно...

-- Но я подчеркиваю, что для поддержки на современном научно-техническом уровне технологий, экспериментальных методик и вообще научной и технологической деятельности выделяемых средств далеко недостаточно. Поэтому-то и возникло партнерство. Инициатива исходит подчас непосредственно от исследователей, потому что научные связи существовали и раньше. А сейчас стали более крепкими и надежными. Это позволяет и молодых исследователей приобщать к широкому взгляду на проблему, на научные задачи, которыми они занимаются. Они быстрее добиваются новых результатов. Кстати, на Западе никогда не замыкались в каких-то исключительно национальных программах. Что и у нас сейчас происходит. И это хорошо. Плохо только то, что государство, по-моему, недооценивает фундаментальную науку. Говорят много, но результатов особенных не видно...

-- Конференция идет третий день, расскажите о наиболее интересных работах, "пикантных", находящихся на пике внимания физиков -- о квантовых точках, о квантовом компьютере.

-- Сегодня еще рано подводить итоги, впереди три дня... Могу коротко рассказать о некоторых работах на примере Института физики полупроводников. Здесь проводятся экстраклассные работы по квантовой оптоэлектронной интерферометрии. В исследованиях используется фундаментальный физический принцип -- электрон не просто механическая частица. Она обладает волновыми свойствами. Как и в обычном оптическом интерферометре, возникают интерференционные эффекты, но связанные с волновыми свойствами электрона. В частности, интересны работы З.Квона, о котором вы упоминали. Но более любопытно, что реализовать эти эксперименты, осуществить их можно благодаря изысканной полупроводниковой нанотехнологии, созданной в стенах института. Иначе говоря, можно вырастить изысканными методами молекулярно-пучковой (у нас говорят "лучевой". -- прим. Г.Ш.) эпитаксии такие сложные структуры. Используя технику, опять-таки изысканного литографирования, сконструировать такой латеральный плоский интерферометр, а затем с помощью электрометрических измерений произвести соответствующее исследование этого эффекта! Такие комплексные работы здесь проводятся. Мы следим за этими работами, видим совершенство и структур, и самой измерительной техники, видим новые интересные результаты. Новосибирцы известны и своими фундаментальными работами, связанными с поверхностью, с границами раздела полупроводника. Сибирские физики умеют делать определенные структуры, границы которых имеют заданные свойства, и более того -- умеют экспериментальными методиками охарактеризовать на атомном уровне, как сконструирована поверхность. Такими возможностями у нас в стране мало кто владеет да и за рубежом, я думаю, не так много мест, где располагают подобными техническими возможностями.

-- А ваши научные интересы? Сказать: "Занимается оптической спектроскопией полупроводников" -- очень обще.

-- Мой интерес связан с использованием оптических методов в изучении довольно любопытных полупроводниковых систем с разделенными электрон-дырочными слоями. Дырки -- это те места, откуда ушли электроны. Физики научились пространственно разделять электроны и дырки и размещать их определенным образом. Такие слоистые электрон-дырочные системы очень распространены, кстати, в природе. Слоистые материалы демонстрируют совершенно удивительные свойства. Это новый класс соединений. Открыватели получили Нобелевскую премию лет десять назад.

-- А теперь поговорим о квантовом компьютере. В программе конференции значится приглашенный доклад М.Фейгельмана на эту тему. Как я узнала, он работает в Институте теоретической физики имени Ландау, в Черноголовке.

-- Такая задача обсуждается. За последние десять лет -- мы это видим, это происходит у нас на глазах -- как совершенствуются свойства обычного персонального компьютера. Начинали мы с каких-то "жалких" устройств с низкой тактовой частотой и ограниченной памятью... Современный компьютер обладает тактовой частотой в десятки гигагерц -- это колоссальная частота, -- а память доходит до десятка гигабайт. Вот такое линейное движение, если просто проэкстраполировать, -- казалось бы год от года будет приводить к улучшению параметров компьютеров и что это будет происходить бесконечно. Но уже в начале следующего тысячелетия, примерно в 2005--2010 годах, мы споткнемся, поскольку улучшенные параметры достигаются за счет миниатюризации, уменьшения размеров элементов базового компьютера, в частности -- транзисторов: когда создатели перейдут на масштабы, сопоставимые с атомными, либо молекулярными, то здесь возникнет, так сказать, совсем другая физика событий. Здесь возникнут шумы, возникнет интерференция волновых функций различных атомных объектов...

-- Только из-за уменьшения размеров?

-- Да. Потому что мы приходим фактически к размеру, сопоставимому с размерами обычных молекул, поэтому тривиальный, так скажем, закон Ома, который работал в макроцепях, попросту будет отказывать по причине волновых свойств электронов. Сейчас уже формулируются новые принципы, которые позволят провести логические операции, заложенные в обычных компьютерах, но совсем на другой физической основе. Квантовый компьютер -- это пока сформулированная идея о том, как эти логические операции на таком квантово-механическом модуле можно осуществить. Реализованной идеи -- действующего квантового компьютера -- нигде в мире нет. Отрабатываются различные модели. Надо найти базовый элемент, как знаменитый транзистор.

-- А может быть, это квантовая точка?!

-- Может быть, но это вопрос. Может, какой-то другой двухуровневый или трехуровневый элемент, связанный квантовыми точками, квантовыми ямами. Этот вопрос находится в стадии детального, тщательного экспериментального исследования не только у нас, но и за рубежом. Если вы спросите, а когда это чудо произойдет, -- я затрудняюсь ответить, но, думаю, до реализации идеи в конкретном устройстве -- достаточная дистанция.

-- Интересно, как будет выглядеть квантовый компьютер? Вот, рядом, на столе, вижу обычную "персоналку"...

-- В конечном итоге это будет выглядеть, извините, в виде некоей "кастрюли", стоящей на столе. Дисплей вряд ли изменится, но вместо электроннолучевой трубки будут жидкие кристаллы -- экран будет плоским, но это уже не сам квантовый компьютер, а визуализация результатов его действия. Все остальное -- как обычно -- некий ящик -- вещь в себе.

ВЗГЛЯД С ВОСТОКА

Профессор Ю.Трушин, профессор А.Двуреченский и член-корреспондент РАН В.Лифшиц представляют соответственно научные центры Санкт-Петербурка, Новосибирска и Владивостока

Виктор Григорьевич Лифщиц как раз занимается уменьшением размеров полупроводниковых структур. Мне интересно было узнать его мнение, тем более, что он присутствовал при разговоре с В.Тимофеевым.

-- Вы живете на Дальнем Востоке. Когда-то мы, я имею в виду газетчиков, все-таки встречались -- Дальневосточное отделение Академии входило в состав Сибирского отделения... Расскажите о своей работе.

-- Если в общих чертах... дело в том, что в человеческом мозге -- десять в десятой степени нейронов. Если ты хочешь сделать память машины, с близкими возможностями, тогда и полупроводниковых приборов нужно в машину поместить не меньше, чем десять в десятой штук. Поскольку по современной технологии размеры полупроводниковых приборов, о чем говорил Тимофеев, -- это микроны и доли микрона, а к 2015 году, как предсказывается, -- это будет 400 ангстрем -- такого размера будут затворы полупроводникового прибора -- транзистора, -- то дальше, действительно, вся современная технология перестанет работать. И надо искать что-то новое. Именно это "что-то новое" лет двадцать пять назад было предложено -- как получить высокую плотность функциональных элементов полупроводниковых приборов -- десять в десятой степени штук. Этот путь был предсказан Филиппом Георгиевичем Старосом. Кстати, он в свое время бывал в Новосибирске, в Институте физики полупроводников (к сожалению, его уже нет в живых, умер в 1979 году). Напомню, во многом благодаря его усилиям был создан Зеленоград -- крупнейший центр микроэлектроники. Этот человек действительно многое сделал для развития отечественной микроэлектроники. Филипп Георгиевич эмигрировал из Соединенных Штатов Америки в Советский Союз.

-- Когда это было?

-- Это было после "дела Розенберга", с которым он был хорошо знаком.

-- Что вы говорите!

-- Но это отдельная история. Старос работал в Министерстве электронной промышленности в Москве, а затем переехал во Владивосток. У него была идея сделать многослойную интегральную схему с большим числом функциональных элементов. И мы взялись за эту работу.

-- Вы с ним работали?

-- Я был у него в заместителях пять лет, вплоть до его кончины. Что же это за идея? Можно, по-видимому, делать полупроводниковые приборы толщиной в один атомный слой. Если, допустим, атомы чужого материала нанести на поверхность кремния, то образуется очень тонкий слой нового вещества. Оно может быть полупроводником. Если расположить два таких полупроводника рядом -- получится двумерный диод и так далее. Оказывается, можно вырастить многослойные структуры с такими захороненными приборами... Может быть, это и есть выход -- лет через пятнадцать-двадцать появится нетрадиционная полупроводниковая техника. Не "объемная", а из так называемого "поверхностного" материала в один-два атома толщины. Сейчас науке о поверхности уделяется особое внимание. Полистайте программу конференции -- очень много работ посвящено именно поверхностным процессам; очень мелким объектам -- как раз с целью повышения интеграции элементов и одновременно -- изменению их свойств. В нашей стране существует несколько крупных центров, которые занимаются такими проблемами.

-- В том числе и ваш -- научно-технологический центр полупроводниковой микроэлектроники?

-- В академическом Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН существует отдел, в который входит шесть лабораторий плюс еще физико-технический факультет, где я -- декан и заведующий кафедрой физики и технологии материалов полупроводниковой микроэлектроники. На этом факультете студенты обучаются в академическом институте, там же практику проходят. Прямо со второго курса студенты работают с научным руководителем.

-- Виктор Григорьевич, есть ли у вас совместные работы с Институтом физики полупроводников?

-- Они всегда были еще со времен, когда мы не разделились на собственно Сибирское и Дальневосточное отделения. Недавно председатель нашего отделения Георгий Борисович Еляков и ваш председатель Николай Леонтьевич Добрецов договорились о сотрудничестве между Отделениями. Такое Соглашение готовится с обеих сторон по самым разным проблемам и в частности, -- по физике поверхности. Мы такую договоренность готовим примерно по десяти направлениям.

-- А что вы думаете о новом компьютере? Как бы вы продолжили мысль Тимофеева?

-- Сложно продолжить... Ни Тимофеев, ни я и никто другой не может предсказать, чем дело кончится. Все дело в том, на каком носителе организовать систему, это раз, и как организовать ее -- это два. Как обычно, новая проблема многими решается, а кто придет первым -- не берусь предсказывать, тем более, я в этом деле отнюдь не самый большой специалист.

-- Как вы оценили бы конференцию?

-- Она очень многопланова, была блестяще организована и вообще -- удалась! Отмечу также, что от Института физики полупроводников представлен целый ряд весьма замечательных работ. И это традиционно. Институт всегда интересно работал, Назову хотя бы несколько имен. Это А.Асеев, А.Двуреченский, А.Латышев, И.Неизвестный, Б.Ольшанецкий, О.Пчеляков, С.Репинский.

-- Все они работают в разных направлениях.

-- И все выдают высококачественный продукт. И знаете, почему это происходит? Потому что в свое время блестяще организовал институт академик Анатолий Васильевич Ржанов. В его бытность создана и экспериментальная база для создания приборов, и аналитика, и условия для внедрения новой техники в промышленность. И все это было замечательно продумано, организовано и с толком сделано. И даже теперь, несмотря на то, что финансирования почти нет, институт продолжает работать. Во многом на старых запасах.

-- А новое -- это мысль?

-- Мысль, которая приходит мне в голову не новая, в вот какая. Вообще-то работать можно из-за страха, из-за денег и из удовольствия. Четвертого не дано. Страха нет, денег нет. Значит все, кто здесь работает, работают лишь потому, что получают удовольствие. Работать из удовольствия можно, занимаясь только наукой. За инженерную работу, работу у станка надо платить. Вот тут у нас все и останавливается. Наука хорошо работает. Все остальное -- плохо. Поэтому трудно ждать каких-то скачков в полупроводниковой технологии... Хотя научные результаты -- на мировом уровне.

-- Но и за удовольствие надо платить, чтоб не искали его на стороне.

-- Вы об "утечке мозгов"? На самом деле -- сильно преувеличенная ситуация. Никакой утечки нет.

Вообще это задача "бассейна с двумя трубами" -- сколько втекает, а столько утекает воды. Важно, чтоб втекало больше. Надо работать с молодежью. А когда молодые специалисты уезжают, надо сделать так, чтобы они расставались с институтом на короткое время -- полгода, год. Подзаработают на стороне, наберутся опыта и снова -- домой. Ведь им предстоит других готовить к выходу в мир. Мы на таких принципах работаем. И в Институте физики полупроводников примерно так же. Так что, с этим все нормально.

Фото В.Яковлева.

стр. 

в оглавление

Версия для печати  
(постоянный адрес статьи) 

http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml?9+163+1