Кузница научно-технологического суверенитета
О научном лидерстве и технологическом суверенитете России трудно было бы говорить без создания в стране новейшей исследовательской инфраструктуры мирового уровня. Крупнейший проект в этом направлении — Национальный центр физики и математики (НЦФМ), который строится по президентскому указу в Сарове. Почти 80 лет назад здесь начинался советский атомный проект, результаты которого во многом определили современный мировой уклад. Теперь же тут ведется работа, которая, как ожидается, откроет новую главу в истории: например, речь может идти о получении принципиально новых источников энергии. А попутно страна получит передовую научно-исследовательскую инфраструктуру и отлаженный механизм трансфера фундаментальных знаний в реальный сектор.
(...)
Флагманами НЦФМ станут три научно-исследовательские установки класса «мегасайенс». Этим термином в нацпроекте «Наука» обозначаются проекты, которые позволят выйти за рамки существующих фундаментальных знаний и откроют новые возможности в развитии технологий — словом, превзойдут что-либо уже созданное. Запустить мегапроекты планируют после 2030 года, сейчас для них готовится база: собираются отдельные узлы и компоненты, прорабатываются программы экспериментов.
Одна из таких установок — многофункциональный ускорительный комплекс с источником комптоновского излучения. Его задача — революционизировать представления о нуклонной и кварковой материи.
«С помощью нового ускорителя, аналогов которому нет ни у кого в мире, мы сможем в том числе осуществлять с ранее недостижимой точностью сканирование энергетического и даже пространственного распределения нуклонов (протонов и нейтронов) в ядре. Очень важно, что разрабатываемая установка позволит нам работать с самыми различными ядрами в очень широком диапазоне»,— рассказал «Ъ-Науке» научный руководитель НЦФМ академик Александр Сергеев.
Второй мегапроект — Центр исследования экстремальных световых полей с лазером эксаваттной (1018 Вт) мощности. Это на три порядка мощнее уровня, который реализован на практике сегодня: мощнейшие в мире лазеры — петаваттные (1015 Вт). Небывалая мощность понадобилась российским ученым в том числе, чтобы «вскипятить» вакуум.
«Как известно из фундаментальной физики, на самом деле вакуум вовсе не пуст, а образован беспрерывно рождающимися и мгновенно аннигилирующими виртуальными парами “частица—античастица”. Ожидается, что эксаваттного излучения будет достаточно, чтобы разорвать взаимодействие в этих парах и добиться рождения из них реальных частиц — электронов и позитронов. Это и будет так называемое вскипание вакуума»,— поясняет заместитель научного руководителя и главный ученый секретарь НЦФМ академик Дмитрий Бисикало.
Какую практическую пользу сулят исследования нуклонной материи и «кипячение» вакуума? И то и другое станет следующим шагом в истории атомной науки после искусственного расщепления ядра. Оно, как известно, впервые было осуществлено в 1938-м, а уже в ближайшие два десятилетия человечество получило ядерное оружие (спустя семь лет, в 1945-м) и атомную энергетику (через 16 лет, в 1954-м) — две технологии, которые, без всякого преувеличения, во многом определяют облик современности.
Третьей установкой «мегасайенс» станет фотонная вычислительная машина — принципиально новый класс компьютеров с производительностью до 1022 операций в секунду. Для сравнения, мощнейший действующий суперкомпьютер — экзафлопсный El Capitan от Ливерморской национальной лаборатории (штат Калифорния, США) — может выполнять лишь 1,7*1018 операций в секунду (то есть на четыре порядка медленнее).
«Сегодня мы почти достигли технологического предела производительности традиционных микрочипов: знаменитый закон Мура про регулярное удвоение производительности ЭВМ за счет “утоньшения” аппаратной базы больше не работает. Главное преимущество фотонной вычислительной машины в том, что она основана на принципиально ином подходе: в ней используются не электроны, как в классических компьютерах, а фотоны. Это избавляет от целого ряда недостатков электронных машин. Кроме привязанности к полупроводниковой архитектуре чипов это, например, огромное энергопотребление»,— рассказывает академик Бисикало.
Впрочем, световой вычислитель станет не заменой, а дополнением классических ЭВМ: он эффективен лишь для определенного типа задач. Правда, задачи эти сегодня — одни из самых востребованных.
«Фотонный процессор ни в коем случае не универсален. Однако используя его в качестве сопроцессора с обычным суперкомпьютером, мы получаем огромное преимущество в производительности при решении некоторых классов задач. Пример — перемножение матриц, то есть операция, которая сегодня широко используется при обучении нейронных сетей»,— поясняет академик Сергеев.
В числе первых задач, которые исследователи возложат на фотонный компьютер, будет моделирование экспериментов для двух других мегаустановок НЦФМ. Каждый пуск передового ускорителя частиц или сверхмощного лазера — это сложная и недешевая операция (считаные секунды работы такой аппаратуры обходятся в миллионы рублей), поэтому ученым критически важно прогнозировать ход событий и результат.
Прототип компактного аналогового фотонного вычислительного устройства уже создан. Это стало одним из первых результатов научной программы НЦФМ. «Полученное устройство обрабатывает потоковую видеоинформацию в реальном времени с рекордной производительностью до 1016 операций в секунду, что соответствует лучшим мировым образцам суперЭВМ»,— подчеркивает академик Бисикало.
(...)
Представляется, что на фоне происходящего бурления мозгов в Сарове проект "СИЛА" Курчатовского института отходит всё дальше в область мечтаний - где, собственно, он и возник года 4 тому назад...
Серия сообщений "Наука (5)":
Часть 1 - Новая жизнь голландского ускорителя в Дубне
Часть 2 - Почему токамак - российский бренд. Как водка...
...
Часть 15 - Всё надо делать по возможности быстро
Часть 16 - Актуальное интервью с действующим учёным
Часть 17 - Новый научный центр, новые установки
Часть 18 - Откуда берётся масса? ответ может дать JUNO
Часть 19 - Как живёт Большой адронный коллайдер
...
Часть 48 - Коллайдер NICA - этап эстафеты высоких энергий
Часть 49 - Приблизить «горизонт получения результатов»
Часть 50 - Очень в лидеры хочется
