Главная » Hi-Tech » Световые технологии, фотоника и метаматериалы: истории молодых учёных Университета ИТМО

Световые технологии, фотоника и метаматериалы: истории молодых учёных Университета ИТМО

Материал подготовлен при поддержке Университета ИТМО

Мы нашли трёх молодых сотрудников научных лабораторий, и узнали, как на самом деле живут ученые, чем занимаются и что считают успехом. Представления об учёных у людей, с наукой не связанных, часто не имеют ничего общего с реальностью.

Ассистент кафедры фотоники и оптоинформатики ИТМО Владимир Егоров

Кажется, это потрясающе интересно», — говорит Владимир Егоров. «Если бы я не занялся квантовыми коммуникациями, я бы с удовольствием подался в археологию, стал бы изучать какие-нибудь доколумбовы цивилизации Центральной Америки. В оставшееся время учёный любит поиграть в компьютерные игры. Для ученого-«технаря» у него необычные хобби: он изучает совершенно ненужный для работы испанский язык, занимается йогой, коллекционирует винил и «немного паяет» — просто для души.

Он не собирался заниматься физикой и вообще наукой. Владимир Егоров родился в Ленинграде в 1988 году. Они вложили очень много труда, чтобы я изучал английский язык. «Родители отдали меня в очень хорошую английскую гимназию, почувствовав “ветер перемен”. И хотя сейчас я научный сотрудник, многим из того, чего я добился, я обязан именно хорошему знанию английского», — говорит Владимир.

Когда Егоров решал, куда пойдет учиться дальше, восемнадцать человек из его класса собирались на экономический факультет. Технический факультет стал спонтанным выбором.

Он тогда произнес очень вдохновенную речь, и я подумал: “Вот человек, который хорошо понимает, что у него происходит на кафедре”. Учёный рассматривал несколько вузов, и главную роль в выборе ИТМО сыграла личность: «Нас встретил бессменный заведующий кафедрой фотоники и оптоинформатики Сергей Аркадьевич Козлов. После подготовительных курсов и работы с репетиторами Владимир Егоров поступил в ИТМО, окончил бакалавриат и магистратуру на кафедре фотоники и информатики. Буквально сразу после этого я побежал на эту кафедру и сказал, что хочу поступать сюда». В аспирантуру пошел на другую кафедру — заниматься оптическим материаловедением.

Я работаю в этой команде уже 11 лет. «Наш коллектив — лаборатория квантовой информатики и квантовых коммуникаций — выступает в науке очень активно. Вся эта область начала экспериментально развиваться в 1992 году (сама идея появилась ещё в 1984), а Юрий Тарасович начал этим заниматься в России в 1997, почти с самого начала. Мне посчастливилось познакомиться с профессором Юрием Тарасовичем Мазуренко, который являлся одним из пионеров квантовых коммуникаций в России. Он скончался в 2010 году, но было решено работу не сворачивать», — вспоминает учёный.

Что такое квантовые коммуникации

Это принципиально новый способ защиты данных в оптических сетях. Группа, в которой работает Владимир Егоров, занимается квантовыми коммуникациями. Для того, чтобы прочитать зашифрованные данные, нужно ими обладать. Сейчас данные защищаются в основном математическими методами — их изменяют до неузнаваемости, используя специальные параметры, называемые «ключами». Сами данные защищены ключами, но вопрос в том, как эти ключи передать. Это то, что требует Роскомнадзор от Telegram.

За последние десять лет существенно улучшились квантовые компьютеры, которые теоретически способны довольно быстро подбирать используемые сегодня ключи. Обмен ключами между пользователями — самый важный процесс для безопасности.

С появлением квантовых компьютеров современные системы безопасности станут уязвимыми.

Для рассылки ключей тут используется квант света — фотоны. «Квантовые коммуникации — это новый способ распределения ключей, основанный уже не на математике, а на законах физики. Предполагается, что подобные методы лягут в основу информационной безопасности в будущем. Одиночные фотоны нельзя незаметно измерить, нельзя разделить, нельзя увести из канала незаметно — если кто-то попытается перехватить квантовые ключи, то этот перехват будет заметен. То есть, вместе с математикой в безопасности будет использоваться ещё и физика», — объясняет учёный.

«В России, конечно, ведутся разработки компьютеров, но не могу говорить за других специалистов. Исследователи в Университете ИТМО пока в меньшей мере занимаются квантовыми компьютерами, но активно разрабатывают средства борьбы с угрозами, исходящими от них. В США, думаю, в диапазоне 10−15 лет мы увидим прикладной квантовый компьютер, который будет делать что-то полезное», — говорит Владимир Егоров.

Интересно, что американцы почти не вкладываются в квантовые коммуникации, то есть в средства защиты: они все силы и финансы направили на средства условного нападения, основанные на квантовых вычислениях.

Они первыми в мире в прошлом году запустили спутник с квантовой связью, потом сделали квантовую сеть протяженностью две тысячи километров между Пекином и Шанхаем. А китайцы — наоборот. Она и сейчас продолжает развиваться.

В России ведутся и те, и другие разработки, но по коммуникациям пока ещё активнее, так что мы ближе к китайской лиге.

Владимир Егоров

Гуманитарий среди технарей

Это лаборатория «квантовых хакеров», которые не делают системы квантовой коммуникации, а придумывают, как их взломать инженерными методами. Не так давно Владимир с коллегой ездили в канадский университет Уотерлоу, в лабораторию квантового взлома. Пока работа над квантовым взломом носит чисто научный характер — это эксперименты.

Гуманитарный бэкграунд даёт о себе знать в технической повседневности — Владимир Егоров отвечает в группе за научные публикации.

Как человек, закончивший гуманитарную английскую школу, я адекватно излагаю свои мысли на обоих языках. Даже когда основную работу проделали другие люди, научные статьи чаще всего пишу я, как на русском, так и на английском. Так что я у нас, как писатель, — главный. Я такой гуманитарий, который пристроился среди инженеров.

Владимир Егоров

Если бы мне предложили вдвое больше денег, но пришлось бы заниматься монотонной, менее интересной работой, — я бы отказался. «У меня есть ощущение, что я занимаюсь чем-то полезным. Нельзя сказать, что ученые живут впроголодь, по крайней мере, в Санкт-Петербурге. К тому же есть совершенно утилитарный аспект: на бутерброд с сыром хватает и мне, и моей семье. За другие регионы, конечно, не могу ручаться, но надеюсь, что в научных центрах всё примерно так же», — считает Егоров.

«У меня есть видение того, за что я бы хотел получить Нобелевскую премию. О признании и научных наградах ученый говорит с долей юмора. Всё дело в том, что я хочу получить премию исключительно за открытие телепортации макроскопических объектов. Но пока нет видения, как это реализовать. И не надо спускаться в метро. Знаете, чтобы не кванты телепортировать, а выйти из дома, нырнуть в портал и оказаться на работе. Вот это я понимаю — Нобелевская премия», — улыбается Владимир.

Аспирантка физико-технического факультета Университета ИТМО Алёна Щёлокова

Аспирантка Университета ИТМО Алёна Щёлокова относит себя к последним. Для кого-то мотивом становятся амбиции, другие идут в науку, чтобы приносить пользу. Несмотря на сугубо техническую специализацию, девушка считает себя не «технарём», а скорее творческим человеком.

Когда девушка училась в одиннадцатом классе, в её физико-математическую гимназию приехали представители ИТМО. Щёлокова всегда увлекалась точными науками, особенно физикой. Такая перспектива показалась интересной. Они рассказали, что есть возможность поступить на учебу в Санкт-Петербург.

«Я считаю, что мне очень повезло с людьми, которых я встретила в университете. Тем же летом девушка поступила в вуз на кафедру фотоники и оптоинформатики. В 2010 году я начала с ним работать, в том же году он выиграл мегагрант совместно с профессором из Австралии Юрием Кившарем и открыл в нашем университете международную лабораторию». Моим научным руководителем стал Павел Белов (декан физико-технического факультета Университета ИТМО — vc.ru).

Со стереотипом, что ученые физики — это скучные люди, которые сидят у себя в каморках и, бубня под нос, пишут некие формулы, Щёлокова не согласна.

Благодаря научной деятельности у меня появилось много интересных знакомых, возможность поездить по миру, быть участницей крупных международных конференциях . Физики — весёлые и открытые люди, да и сама по себе научная работа — процесс очень интересный.

Но я вижу очень много женщин, которые успешны в науке, в том числе и в нашей сфере. Существует устаревший стереотип, что технари — это, как правило, мужчины.

Алёна Щёлокова

Как улучшить МРТ

Её тема связана с прикладными исследованиями — в частности, с разработкой устройств нового поколения на основе метаповерхностей для улучшения работы клинических магнитно-резонансных томографов (МРТ). В ИТМО Щёлокова окончила бакалавриат, затем магистратуру, а нынешней осенью планирует защитить кандидатскую диссертацию.

За счёт того, что они имеют определенную структуру, они могут, например, управлять распределением ближнего электромагнитного поля, что играет важную роль в магнитно-резонансной томографии. Метаповерхности — это искусственные материалы нового поколения, обладающие уникальными свойствами, которых нет у природных материалов.

Ученые создали устройство, которое способно значительно увеличить чувствительность стандартных клинических МРТ-систем, и с его помощью уже исследованы несколько волонтеров. За последние четыре года группе, в которой работает девушка, удалось перейти от идеи к практической реализации. Сейчас группа работает с врачами и пациентами, помогая решать клинические задачи, которые сложно выполнить с помощью стандартных устройств и технологий.

Чем больше этот коэффициент, тем более качественную картинку можно получить. Изображение МРТ, которое видит врач, характеризуется отношением сигнал-шум. Это неудобно не только пациенту, которому нужно пролежать всё это время в томографе, но и клинике. Для достижения хорошего результата обыкновенно нужно 30−40 минут — примерно столько длится стандартный МРТ-протокол.

Устройства, разрабатываемые научной группой Университета ИТМО, позволяют существенно улучшить качество получаемых на МРТ изображений за то же или даже меньшее время.

Как зарабатывают ученые

С 2017 года разработчики сотрудничают с канадско-британской компанией Mediwise, которая занимается разработкой современных медицинских устройств, и заказывают у питерских ученых определенные работы. Научные гранты позволяют ученым жить и работать над проектами, но группа, в которой работает учёный, нацелена также и на коммерциализацию своего изобретения. Это помогает перейти от университетских разработок к конкретному продукту, который можно продавать.

В. Кроме того, в Санкт-Петербурге ученые проводят свои исследования совместно с медиками из Национального медицинского центра им. Алмазова. А. Перед группой ставятся клинические задачи, которые она пытается решить с помощью своих устройств.

В 2016 году они выиграли грант в размере 2 млн рублей по программе «Старт» Фонда содействия инновациям. Исследователи пытаются развивать свой проект в России как стартап. Сейчас идут активные поиски инвесторов для выхода на промышленный уровень реализации радиочастотных устройств нового поколения для МРТ. В 2017 году заняли первое место в конкурсе лучших инновационных проектов в сфере науки и высшего профессионального образования Санкт-Петербурга.

Сделать мир лучше

Щёлокова планирует продолжать работать в России и развивать начатые проекты.

Первое — это довести устройство до вида готового продукта. Сейчас наступил важный этап, и есть два направления движения. Второй момент — хочется работать с врачами, решать конкретные клинические задачи. На мой взгляд, применение нашей разработки позволит в целом сделать процедуру МРТ более доступной.

Это очень актуальная задача, поскольку рак молочной железы — это самый распространенный вид рака у женщин. Например, мы начали проект по исследованию молочных желез. Мы пытаемся разработать устройство, с помощью которого можно будет проводить диагностику заболевания на ранних стадиях

Алёна Щёлокова

«Каждый человек сам для себя определяет, что такое успех. Девушка убеждена, что работая в науке можно достичь жизненного успеха. Мы пишем статьи, другие учёные их читают, подхватывают идеи и цитируют уже в своих работах. В науке есть определенные критерии — например, такой показатель, как индекс Хирша. Также считаются успешными ученые, которые смогли вырастить свою научную группу. Чем больше людей на них сослалось, тем выше у тебя индекс, и тем ты успешней. Но я вкладываю в понятие успеха возможность сделать мир чуть лучше», — делится Щёлокова.

Заведующий лабораторией кафедры световых технологий и оптоэлектроники ИТМО Сергей Щеглов

«Так получилось, что к моменту, когда надо было выпускаться, более точные предметы — физика и математика — давались мне намного легче остальных. Сергей Щеглов родился и вырос в городе Кронштадт, где учился в обычной средней школе. Поэтому путь для меня был вполне определенным: было ясно, что будущее связано с техническими науками, не с гуманитарными», — рассказывает Щеглов.

Молодой человек выбрал специальность оптика-расчетчика. Школу Щеглов окончил в 2000 году с решением поступать на ФОИСТ (факультет оптико-информационных систем и технологий), кафедру ПиКО (прикладной и компьютерной оптики) в ИТМО.

«На мой взгляд, большинство молодых людей, которые поступают в институт, не всегда представляют, чем они на самом деле будут заниматься. О научной карьере в начале речи не было — Сергея интересовали более прикладные вещи. Так получилось, что из нашего выпуска работать по специальности остались всего пара человек. Некоторые приходят в вуз просто для того, чтобы получить какую-то корочку. Все остальные выбрали другие направления и профессии», — делится он.

Его, как «наиболее успевающего», и еще трех студентов оставили на попечительство руководителю лаборатории, Михаилу Абрамовичу Гану. После третьего курса юноша попал на практику в ГОИ — Государственный оптический институт.

Из четырёх человек остался только я, остальные перешли в другие более лёгкие группы. Михаил Абрамович задал нам контрольную задачку — это был некий входной ценз, по которому оценивался реальный уровень знаний и подготовки студента.

Я попал в отдел, где больше не было молодых людей, но были несколько заслуженных мастеров, которые имели колоссальный опыт в расчёте, проектировании, изготовлении и настройке различных оптических систем.
А так как я был один, мне уделили достаточно времени и внимания.

Наверное, с этого момента я стал понимать, что такое моя специальность, что такое расчёт и проектирование реальных систем, что меня ждёт в профессиональной области. Буквально за месяц они меня серьёзно натаскали. И решил, что я хочу этим продолжить этим заниматься

Сергей Щеглов

Смены поколений не наблюдалось, но некоторые лаборатории и отделы умудрялись выигрывать достаточно интересные проекты и выживать за счет этого. На тот момент, средний возраст большинства сотрудников ГОИ составлял 60−70 лет, молодежи практически не было. — Были и лаборатории, которые вообще ничего не делали. «Как раз одной из таких лабораторий была та, в которую я попал, — рассказывает Сергей. Но мне повезло — я попал в хорошую компанию, и понял, что наука жива, наша специальность востребована и можно делать интересные вещи».

«И там и там, вроде бы, работа со светом, но это была уже совсем другая сфера: другие задачи, другие приборы, другие законы», — рассказывает Щеглов. После трёх лет работы в ГОИ, совмещённых с учёбой в ИТМО, Сергей резко поменял направление деятельности — был проектировщиком оптических систем, и ушел в светодиодную отрасль.

Передача данных при помощи света

Один из крупных проектов, которым он занимается, посвящен технологии Li-Fi. Сейчас Щеглов заведует светотехнической лабораторией на кафедре световых технологий и оптоэлектроники в ИТМО. Вместе с группой коллег-ученых Сергей работает над системой передачи данных при помощи света, в том числе, для интернета вещей в городском пространстве.

У нас есть передатчик, в котором используются обычные светодиоды видимого цвета излучения, но могут использоваться и инфракрасные светодиоды. Мы с коллегами занимаемся разработкой приёмо-передаточной части — грубо говоря, модема, который использует видимый свет для передачи данных. В приёмнике, в свою очередь, используются фотодиоды, которые могут принимать как видимый диапазон, так и инфракрасный.

Кроме того, это удобно — мы превращаем обычные светильники, которые уже используются, ещё и в точку доступа.
Используя мерцание высокой частоты, способность светодиодов достаточно быстро переключаться, мы можем обмениваться данными, значительно увеличив скорость передачи по сравнению с Wi-Fi.

Сергей Щеглов

Радиоволны могут проходить через стены, то есть, при связи по Wi-Fi радиосигнал может быть легко считан, а данные — украдены и расшифрованы. Еще один важный нюанс — секретность. Это делает технологию Li-Fi привлекательной для военных. Модулированный свет из помещения далеко не уйдет, и скрытно перехватить такой сигнал гораздо труднее — он воспринимается и передаётся в зоне прямой видимости. Видимо, поэтому работы в коллаборации с зарубежными партнерами по этой теме не предполагается.

Да, что-то можно подсмотреть, чем-то похвастаться, но чтобы тесно работать над проектом — нет», — разводит руками Сергей. «Международная обстановка не располагает, и это одна из технологий, которой ни мы, ни наши западные коллеги не готовы обмениваться.

Впрочем, секретно в этой теме далеко не всё — разработки лаборатории, в которой трудится Сергей, можно встретить на профильных выставках.

На одной из выставок демонстрировалось, как маленький светильник передавал информацию, а приёмником выступало устройство размером с флешку.

Вырос сам — помоги другому

Рассуждая об успешности, Щеглов, как и его коллеги, говорит не только о научной сфере, но и о собственных жизненных приоритетах: «Кого-то привлекает возможность реализации собственных проектов, для кого-то успех — это общемировое признание, выступление на всевозможных конференциях».

Ну а если говорить о понятии «успешный ученый» — то это, наверное, деятель науки, результаты работы которого приняты научным и профессиональным сообществом, и сами результаты представляют практическую ценность для использования и реализации. Для меня быть успешным — это значит заниматься теми вещами, которые актуальны в мире и интересны лично тебе.

Сергей Щеглов

Думая о выборе жизненного пути, Сергей пришел к выводу, что идеалом было бы не только какое-либо техническое направление, позволяющее что-то создавать руками, но и работа, связанная с людьми.

Взращивание хорошего специалиста, от магистра или бакалавра — это такая нетривиальная задача, — говорит Сергей. «Сочетание работы над техническими проектами для получения конкретных приборов, систем и ещё обучение, работа со студентами, живое общение, наставничество — это показалось важным и нужным. — В чистом виде преподавание — не совсем моё, а вот наставничество, возможность стимулировать развитие специалиста — это вот то самое, что меня привлекает».

В 2018 году там будет более 20 специализаций магистратуры по научно-технологическим вызовам будущего. Карьеру в науке можно начать с выбора образовательной программы магистратуры на мегафакультете фотоники Университета ИТМО.

Узнать больше

#партнерский


Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан
Обязательные для заполнения поля помечены *

*

x

Ещё Hi-Tech Интересное!

Mail.Ru Group и другие инвестировали $1 млн в платформу доставки фермерских продуктов в рестораны и магазины Foodza

Mail.Ru Group и другие инвестировали $1 млн в платформу доставки фермерских продуктов в рестораны и магазины Foodza — Финансы на vc.ru Свежее Вакансии Написать Уведомлений пока нет Пишите хорошие статьи, комментируйте,и здесь станет не так пусто Войти Компания хочет наладить ...

Разработана перчатка, позволяющая ощутить форму объектов в виртуальной реальности

Однако в любом, даже супер реалистичном VR-мире есть одна проблема: мозг то может и можно обмануть, показав ему красивую картинку, но тактильные ощущения от присутствия передать крайне трудно, ведь управляем персонажем мы при помощи весьма специфических (пусть и удобных) контроллеров. ...