Чем сегодня удивляет российская наука

Квантовая оптика и информатика

Артур Глейм
Кандидат технических наук, руководитель лаборатории квантовой информатики Международного института фотоники и оптоинформатики Университета ИТМО.

Вопрос о том, какое открытие отечественных ученых считать самым выдающимся, непростой. Если рассуждать в масштабе истории российской квантовой оптики и квантовой информатики, то это работы Давида Николаевича Клышко, основателя школы квантовой оптики в России. Именно он предсказал эффект спонтанного параметрического рассеяния, на основе которого впервые были получены так называемые чистые однофотонные состояния, наблюдалось явление квантовой перепутанности и др. Благодаря этому открытию экспериментально стали возможны зачастую алогичные эффекты квантовой оптики и были сформированы предпосылки появления экспериментальной квантовой информатики.

Современные исследования в области квантовой связи, квантовых вычислений основаны на принципах, заложенных в пионерских работах Клышко. Экспериментальные образцы квантовых чипов, которые активно исследуются сегодня, лягут в основу компьютеров будущего. Эффект квантовой перепутанности лежит в основе экспериментов по квантовой телепортации, который, в свою очередь, позволит построить системы связи нового поколения.

Робототехника (автоматическое управление)

Сергей Колюбин
Кандидат технических наук, доцент кафедры систем управления и информатики, заместитель директора мегафакультета компьютерных технологий и управления Университета ИТМО.

Высшей степенью признания выдающегося вклада в науку, пожалуй, является именной результат: закон, теорема, принцип и так далее. На любой международной конференции по автоматическому управлению (control science) среди имен плеяды отечественных ученых особенно часто звучат три фамилии: Ляпунов, Понтрягин, Марков. Функция Ляпунова, которая используется как универсальный инструмент анализа устойчивости систем, принцип максимума Понтрягина для синтеза оптимальных регуляторов и цепи Маркова, как способ описания дискретных процессов, являются фундаментом, на котором развивается современная наука об управлении.

Это устройства и программы, работающие в автопилотах самолетов, кораблей, на компрессорных станциях нефтегазовых компаний и многое другое. Даже в каждом мобильном телефоне незаметно трудится не менее 5 таких систем, отвечающих за качество связи, использование аккумулятора, яркость дисплея и прочие функции.

Вообще теория управления хоть и глобальна, но во многом является российской наукой. И важно эту традицию продолжать.

Химия

Евгений Пидько
Профессор Технологического университета Эйндховена (Нидерланды), Профессор Университета ИТМО (Кафедра химии и молекулярной биологии), Сотрудник лаборатории SCAMT Университета ИТМО (международная лаборатория «Растворная химия передовых материалов и технологий»).

Я бы выделил сразу два достижения российских ученых в области химии, которые считаю наиболее важными. Первое — это открытие каталитической реакции получения глюкозы из крахмала, которое принадлежит Константину Сигизмундовичу Кирхгофу. Именно он в 1811 году первым описал явление ускорения течения химической реакции и определил, что сладкий вкус можно получить с помощью осахаривания крахмала под действием кислот. Значение катализа для развития науки сложно переоценить, этот процесс лежит в основе всей современной химии. С использованием катализаторов далеко вперед шагнула промышленность: появилась возможность использовать низкосортное сырье для создания высокоценных продуктов и материалов. На каталитических процессах основано около 90% современного химического производства.

Второе открытие было сделано в конце 80-х годов прошлого века новосибирским ученым Геннадием Пановым. Он определил, что можно окислить бензол в фенол с использованием цеолитных катализаторов. Это послужило огромным толчком для развития каталитической химии, и многие современные исследования опираются на результаты открытия Панова. На сегодняшний день реакция пока не имеет прямого применения, но обладает фундаментальным значением для науки. Ее результаты могут быть использованы для создания прямого метода переработки природного газа и для снижения экологической нагрузки от химического производства.

Биотехнологии, биомедицина

Александр Габибов
Академик, доктор химических наук, заместитель директора ИБХ РАН им. Шемякина и Овчинникова, заведующий кафедры инженерной фармацевтики факультета фундаментальной медицины МГУ им. Ломоносова.

Как самые выдающиеся достижения стоит выделить два открытия, авторы которых стали лауреатами Государственных премий 2016 года. Во-первых, следует отметить, что России принадлежит приоритет открытия целого спектра флуоресцентных белков, применение которых сделало революцию в биотехнологии, обеспечив биоимиджинг. В 2008 году Осаму Симомура (Osamu Shimomura), Мартин Чалфи (Martin Chalfie) и Роджер Тсиен (Roger Tsien) за получение и разработку различных форм зеленого флуоресцентного белка были удостоены Нобелевской премии по химии. Открытие флуоресцентных белков, отличных от зеленого, существенно расширило возможности биодетекции и инициировало новые направления в области наук о живом. Лидером этого направления является Российский ученый — академик, доктор биологических наук Сергей Лукьянов.

Во-вторых, это открытие новых, ранее неизвестных функций фактора некроза опухолей, TNF, автор — академик, доктор биологических наук Сергей Недоспасов. Эти достижения имеют огромные перспективы для развития биотехнологий и биомедицины. Фактор некроза опухолей определяет развитие патологического ответа в ходе развития аутоиммунных процессов. Работа Сергея Недоспасова сможет внести существенный вклад в развитие современной фармакологии.

Генетика

Антон Буздин
Доктор биологических наук, руководитель Группы геномного анализа сигнальных систем клетки ИБХ РАН.

СССР и Россия традиционно были сильны своей математической школой и программированием. Поэтому и биологи у нас знают математику, в целом, лучше, чем за рубежом. Именно нашим соотечественникам (кому-то в России, а кому-то уже и за границей) первым удалось упорядочить огромные массивы молекулярно-биологических данных. Данных накоплено настолько много, что понять их и проанализировать с помощью человеческого мозга абсолютно невозможно. И учтите, что каждые пару лет количество данных еще удваивается. Чтобы «справиться» с ними, необходимо привлекать математические алгоритмы, которые позволяют переводить вал разрозненной биомедицинской информации в понимаемый человеком вид, то есть делать ее полезной. И здесь, куда ни посмотри — множество наших соотечественников, работающих на ключевых должностях в самых престижных институтах в разных странах мира.

Например, в моей области, а это — анализ десятков тысяч внутриклеточных молекулярных взаимодействий, так называемых «молекулярных путей» — огромным достижением стало составление каталога всех таких взаимодействий, тут надо упомянуть нашего соотечественника — выпускника МФТИ Юрия Никольского. Он создал своего рода «энциклопедию молекулярных путей», то есть упорядочил десятки тысяч разрозненных сообщений о том, какие белки взаимодействуют друг с другом в клетке.

А следующим по значимости стало открытие другого нашего ученого — выпускника МИФИ Николая Борисова, который создал математический аппарат для анализа активности молекулярных путей на количественном уровне. Он придумал, как можно количественно и качественно оценивать активность важнейших внутриклеточных процессов исходя из данных по активности тысяч генов. Раньше анализ таких больших объемов информации ставил исследователей в тупик.

Кроме того, работы Борисова заложили фундамент нового поколения персонализированной фармакологии — когда разработка или назначение лекарственных препаратов осуществляются исходя из анализа профиля активности десятков тысяч генов. Этот подход лег в основу технологии Oncofinder, которая уже успешно используется для подбора препаратов онкобольным. Именно такие открытия создают предпосылки для рывка науки в следующие десятилетия.

Теоретическая физика

Гордей Лесовик
Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института теоретической физики им. Л.Д. Ландау РАН и Лаборатории квантовой теории информации МФТИ.

Если говорить о последних годах, то в первую очередь отличились наши Нобелевские лауреаты: К. С. Новоселов и А. К. Гейм с изучением графена. Интересные работы, конечно же, были у Алексея Китаева. В 2012 году он получил Премию по фундаментальной физике за идеи о том, как можно сделать топологические защищенные квантовые биты. До того он одним из первых понял, как работает алгоритм Шора, и придумал так называемый «алгоритм Китаева», который мы используем и сейчас.

На данный момент в России на продвинутом уровне находится криптография. Успехи делают Юрий Курочкин и Александр Львовский из Российского квантового центра, физики из МГУ, в том числе профессор Сергей Молотков — один из главных наших специалистов. В экспериментах они используют разные квантовые эффекты, в том числе квантовую запутанность.

Криптография не только реальная вещь, но и нужная, потому что квантово-защищенные линии передачи информации — это уже не завтрашний, а сегодняшний день. Она необходима всем серьезным структурам, которые интересуются защитой информации. Все страны сегодня это понимают.

Другая важная вещь, которой мы занимаемся, — это квантовая метрология. Мы используем специфические квантовые эффекты, в том числе запутанность, для сверхчувствительных измерений различных полей. Прежде всего, для магнитометрии. Разрабатываемые нами магнитометры будут конкурировать с магнитометрами на основе СКВИДов.

Все остальное пока в работе, но продвижение в сторону квантовых компьютеров уже довольно существенное. Первичный скептицизм по отношению к квантовым компьютерам проходит. Люди уже думают не о том, возможно ли это в принципе, а как, когда и где это сделать. То есть это уже производственная задача. Пока что лидером по разработке квантовых компьютеров остаются США. Что касается канадского компьютера D-Wave, то его удалось обогнать обычной программой. Поэтому эта вещь под вопросом. В России пока все в начальном виде, но мы надеемся через несколько лет выйти на серьезный уровень.

Исследования космоса

Александр Родин
Кандидат физико-математических наук, директор физтех-школы аэрокосмических технологий, руководитель Лаборатории прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ. Участник проектов «Марс Экспресс», «Венера Экспресс» и «ЭкзоМарс».

Наша область не столько научная, сколько инженерная, поэтому тут нужно говорить не об открытиях, а о достижениях. Я думаю, что для российского космоса одним из самых значимых достижений в последнее время была успешная реализация первого этапа проекта «ЭкзоМарс». Это международный проект Роскосмоса и Европейского космического агентства.

Российская научная аппаратура — спектрометрический комплекс ACS и нейтронный детектор FREND, разработанный И. Г. Митрофановым, — также отработал по плану, тестовые измерения были успешно проведены.

Другое достижение стало результатом не одного года, а долгой работы. Российская группа ученых из ИКИ РАН под руководством Анны Федоровой и Олега Кораблева, которая является основным российским разработчиком по программе «ЭкзоМарс», совершила прорыв в исследовании круговорота воды на Марсе.

Хотя это и не моя область, но хочется отметить работу группы ученых из МФТИ и Сколтеха под руководством химика Артема Оганова, которая просто фонтанирует открытиями. Оганов предсказал множество явлений и необычных свойств вещества при высоких давлениях. Совсем недавно вышла его работа по предсказанию химических свойств гелия. Мы знаем, что гелий — инертный газ и он не вступает ни в какие взаимодействия. Оказалось, что при высоких давлениях он способен на образование химических связей. Это пример того, что ученые называют «запрещенной» химией.

Эволюционная медицина

Лев Боркин
Кандидат биологических наук, почетный председатель Правления СПб союза ученых, Член Президиума Российской ассоциации содействия науке.

В России разработана новая концепция в области теоретической онкологии, которую выдвинул известный петербургский исследователь, член СПб союза ученых, профессор Андрей Петрович Козлов. Согласно его теории, опухоли играли важную роль в прогрессивной эволюции животных и человека, давая возможность проявляться новым генам.

Обычно считают, что опухоли — это смерть, и поэтому никакой положительной роли у них быть не может. В настоящее время опухоли (новообразования) найдены практически во всех группах многоклеточных животных (и у растений тоже). Вероятно, это — плата за многоклеточность, так как с биологической точки зрения опухоль — это нарушение регуляции размножения клеток (неконтролируемый рост клеточной массы). Но, в отличие от млекопитающих (и человека), у низших позвоночных, например, у рыб, опухоли к смерти не приводят и их даже используют в селекции. Например, так называемые золотые рыбки с шапочкой, выведенные в Китае (шапочка — это опухоль). У млекопитающих материнская плацента — тоже может быть рассмотрена как некая опухоль по ряду признаков.

Его теория это действительно новое слово в науке прорывного характера и на острие самой современной науки — молекулярной биологии и эволюционной медицины.

Программирование (computer science)

Анатолий Шалыто
Профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой технологии программирования, главный научный сотрудник кафедры компьютерных технологий Университета ИТМО, автор инициативы «Сохраним в университетах лучших!»

Мой ответ будет ироничным отчасти. Самое прорывное достижение за всю историю российской науки происходит сейчас на нашей кафедре. Кафедра технологии программирования Университета ИТМО воспитала шестикратных чемпионов мира по программированию — с 2000 года российские команды побеждали на крупнейшем международном чемпионате ACM ICPC 11 раз, из них 6 — на счету ИТМО. Достичь такого результата не удавалось ни одному вузу мира. И цель моей жизни в последние годы — удержать их здесь. Не просто в России, в Петербурге, и не просто в ИТМО, а именно здесь, на кафедре — склонить их к занятиям наукой и к воспитанию новых чемпионов.

Пример — Арина Буздалова, тьютор кафедры компьютерных технологий. Представители компании Google позвали ее на работу. Она ответила, что вообще-то уже в Университете ИТМО занимается наукой. Если бы это был Google Research, еще можно было что-то обсуждать, а просто Google, мол, не ко мне. Но таких ребят сейчас очень мало. Если бы у наших мальчишек была какая-то идея, которую Google бы помог воплотить в жизнь, мечта, но ничего подобного ведь у них нет! Вспоминается популярная книга Дугласа Коупленда «Рабы Майкрософта», и большинство наших выпускников как раз хотят такими рабами стать. И я хочу сказать, что понимаю их. Если у человека нет твердого желания заниматься наукой или создавать стартап, если он не «горит» своим делом, то нужно выбирать работу, где лучше условия и больше платят. Но если такое дело есть, то ни за какие деньги нельзя сдаваться.

Сейчас у меня на кафедре на постоянной основе работают три чемпиона мира по программированию. Двое из них, Павел Маврин и Нияз Нигматуллин, к тому же тренируют школьные команды программистов. И школьники, пятиклассники, задают своим учителям такие вопросы: А Маврин крутой? А Нигматуллин? Но почему они тогда за границу не уехали?

У детей не должно возникать таких вопросов. Они должны осознавать, что могут жить и работать в России и что Университет — это суперпрестижно. Мы здесь стараемся все для этого делать.