С 29 октября по 1 ноября в Самаре на базе Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева прошел IX Всероссийский молодежный научный форум «Наука будущего – наука молодых». В течение работы форума эксперты заслушивали студентов и аспирантов с их докладами и научными работами, а 1 ноября подвели итоги Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ по разным секциям. У одной из победительниц мы взяли интервью, погрузились в тему её научно-исследовательской работы.

Героем нашего интервью стала Ксения Киселева, победитель IX Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в секции «Физика и астрономия», аспирант Сколковского института науки и технологий, младший научный сотрудник ООО «Новые спинтронные технологии», призер в конкурсах научных работ МФТИ, НИУ «ВШЭ» и олимпиаде «Я-ПРОФИ».

На конкурсе научных работ форума «Наука будущего — наука молодых» Вы победили с проектом «Нейроморфные вычисления на STT-MRAM». Расскажите, что это за проект и как он отвечает целям научно-технологического развития России?
 
Моя работа посвящена изучению нейроморфных вычислений на магниторезистивной памяти с эффектом переноса спина. Нейросети всё больше влияют на нашу жизнь, становясь новой технологической революцией в обработке данных, изображений и текста. Но есть нюанс — это огромное энергопотребление ИИ, растущее экспоненциально. Например, Microsoft недавно объявила о перезапуске АЭС для питания центра обработки данных, обслуживающего ИИ-проекты. Несмотря на освоение техпроцессов до нескольких нанометров, КМОП-технологии имеют ряд фундаментальных ограничений. В отличие от классических цифровых вычислений, нейроморфные системы приближены к архитектуре мозга: они могут выполнять параллельные вычисления, работать с большими объёмами данных и адаптироваться к изменениям входных сигналов, что особенно важно для задач искусственного интеллекта и обработки сенсорных данных в реальном времени. Кроме того, использование технологий спинтроники позволяет снизить энергопотребление и повысить производительность вычислительных систем, что соответствует целям научно-технологического развития России. Эта технология способствует развитию спинтроники, альтернативных методов вычислений и искусственного интеллекта в нашей стране.
 
 
С 2022 года Россия находится на этапе мобилизационного развития научно-технологической сферы. Поиск ответов на «большие вызовы» изменит технологический уклад во всем мире. Что поменяется при массовом внедрении квантовых технологий?
 
Мы уже пользуемся технологиями так называемой первой квантовой революции. Появление лазеров, магнитно-резонансной томографии (МРТ), фотонных технологий и кремниевой микроэлектроники дали огромный толчок развитию медицины, электроники, высокоскоростного Интернета, оптической связи. Ключевыми технологиями второй квантовой революции станут квантовые вычисления, квантовая криптография и квантовая сенсорика, которые найдут свое применение в медицине, фармакологии, материаловедении, кибербезопасности, метрологии и навигации.

Я считаю, что как первая квантовая революция привела к появлению повседневных устройств, вроде наших смартфонов, так и вторая изменит повседневность через новые виды связи, безопасность и медицинские устройства. Например, квантовая сенсорика будет использоваться для домашней диагностики на уровне медицинских центров. Все квантовые датчики могут быть расположены в смартчасах, которые будут присылать на смартфон отчет по состоянию здоровья пользователя, вплоть до уровня железа в крови.

Квантовые технологии являются относительно новой, но в то же время одной из наиболее перспективных технологий. Где и как научиться быть физиком в области квантовых технологий? Ведь профильные направления подготовки еще только-только появляются в вузах.
 
В России есть ведущие университеты, готовящие специалистов в области квантовых технологий. Это Сколтех, МГУ, МФТИ, МИФИ, МИСиС, МГТУ им. Баумана. В некоторых вузах действуют целые институты, занимающиеся исследованиями и подготовкой специалистов в квантовых вычислениях, квантовой связи и квантовой сенсорике. Например, в МИСиС – это Институт физики и квантовой инженерии. Также, помимо московских вузов, стоит отметить СПбГУ и ИТМО в Санкт-Петербурге, НГУ в Новосибирске, ТГУ в Томске и УрФУ в Екатеринбурге. В большинстве университетов нашей страны имеются кафедры, активно проводящие исследования в области квантовых технологий.
 
Важно не только поступить в университет с соответствующей программой, но и получать реальный опыт в лабораториях и научных центрах. Как физик-экспериментатор, я могу сказать, что лабораторные работы в университете существенно отличаются от реальных экспериментов. Поэтому я рекомендую начинать работу в реальных условиях как можно раньше. В Сколтехе и Российском квантовом центре (РКЦ) часто появляются стажировки для студентов.
 
Россия имеет последовательный курс на расширение мер поддержки молодых ученых, в том числе в рамках форума «Наука будущего — наука молодых». Как Вы оцениваете существующие меры поддержки? Достаточно ли их или можно было бы что-то улучшить? И если да, то что?
 
В последние годы в России действительно стало больше мер поддержки молодых учёных, например, стипендии для аспирантов от президента РФ. Я считаю, что таких стипендий должно быть больше. Кроме того, поддержка молодых учёных должна продолжаться и после аспирантуры и защиты кандидатской диссертации. Например, можно ввести социальную поддержку в виде ипотеки для молодых учёных по аналогии с IT-специалистами.
 
 
Одна из национальных целей России в 2030 году — достижение технологического лидерства. Как ученый как Вы считаете, что отвечает этой цели и какие технологии обеспечат России технологическое лидерство?
 
Технологическое лидерство России в 2030 году может быть достигнуто через развитие и внедрение передовых технологий. Мне кажется, что такими ключевыми технологиями являются нанотехнологии, квантовые технологии, машинное обучение и искусственный интеллект, биотехнологии, возобновляемая энергетика. Лично для себя, я бы хотела отметить развитие нанофабов в России для достижения технологического лидерства. Нанофаб – это место, где производят полупроводниковые чипы, фотонные интегральные схемы, магнитные туннельные переходы для магнитной памяти и другие микро- и наноэлектронные компоненты, необходимые для передовых технологий. Развитие нанофабов в России обеспечит России технологическое лидерство.
 
Вы молодой ученый. Наука сегодня — это модно? В какой момент и почему Вы решили самореализовываться в науке?
 
Наука действительно в тренде. Например, в своём профиле в соцсетях я выложила короткое видео, где у моей мамы спрашивали о моей научной работе, и оно привлекло неожиданно много внимания — очевидно, эта тема интересует многих. В целом, многие не верят, что я действительно занимаюсь наукой, так как я активно веду социальные сети, нахожу время на макияж, маникюр, шопинг, фотосессии. До сих пор существует стереотип, что учёные — это странные люди, отрешённые от внешнего мира. Но это далеко не так: современный учёный часто является ещё и медийной личностью.
 
Самореализовываться в науке я начала где-то на 4 курсе бакалавриата, когда стала принимать участие в научных школах и конференциях со своей дипломной работой. После бакалавриата я решила сменить направление научной работы, поэтому поступила в Сколтех. В Сколтехе любой студент, независимо от специализации, имеет практически неограниченный доступ к передовому оборудованию и лабораториям, что невероятно расширяет возможности для погружения не только в науку, но и в технологическое предпринимательство.
 
Также, поскольку я являюсь призером олимпиады Я-ПРОФЕССИОНАЛ, я получила предложение о стажировке в «Новых Спинтронных Технологиях». Это был для меня важный профессиональный вызов, где задачи были не только интересными, но и требовали быстрой адаптации и глубокого погружения в тему. Я почувствовала, как быстро развиваюсь: буквально через месяц я уже готовила свои первые тезисы для научной конференции.

Мне очень повезло встретить добрых и отзывчивых научных руководителей в Сколтехе и в РКЦ. Это один их ключевых компонентов построения успешной научной карьеры.
 
 
Расскажите о своих научно-исследовательских и карьерных планах на среднесрочную и долгосрочную перспективу?
 
Насчет научно-исследовательских планов я сейчас занимаюсь принципиально новой областью вычислений – это вероятностные вычисления на спинтронной элементной базе. Дело в том, что в классических вычислениях у нас есть четкое разделение для бита – это 0 и 1. Вероятностные вычисления похожи на квантовые вычисления, только в квантовых вычислениях у нас q-бит (quantum bit) находится в суперпозиции 0 и 1, тогда как для p-bit (probabilistic bit) принимает значения 0 и 1 с некоторыми вероятностями. P-бит является одной из самых простых реализаций истинного генератора случайных чисел, на котором построены алгоритмы Монте-Карло. Более того, спинтронная элементная база совместима с КМОП технологией (полупроводниковые технологии построения интегральных микросхем и соответствующая ей схемотехника микросхем), что обеспечивает возможность подключения «все ко всем», не требуя какого-либо специального кодирования.
 
Что насчет карьеры, для начала нужно защитить аспирантскую диссертацию, для этого нужно выпустить научные статьи по моей теме и поучаствовать в международных конференциях. Среднесрочный план – это прохождение стажировки в лаборатории в Китае, куда меня приглашают в следующем году.
 
Какие советы Вы могли бы дать начинающим исследователям? Как мотивировать ребят после школы идти в науку?
 
Начинающим исследователям я бы дала совет как можно раньше начать научную работу, то есть найти научную группу, с которой вам будет интересно работать. Также, я бы посоветовала принимать участие в научных конференциях, поскольку на своем опыте я убедилась, что это лучший нетворкинг. На таких конференциях вы можете получить как полезные отзывы и советы по своей научной работе, так и полезные знакомства, которые обязательно вам пригодятся в будущем.
 
Проблема мотивации школьников для меня достаточно близкая тема. Моя племянница учится в Физтех Лицее. Я наблюдаю, как ей нравится естественно-научные занятия, математика. Мне кажется, что интерес у маленьких ребят вызывает работа руками, проведение каких-то экспериментов. А вот старшие ребята больше вдохновляются личностями и примерами известных ученых. Мне кажется, школам нужно приглашать выдающихся выпускников на классные часы. Например, ученые могут приходить в свои школы и читать лекции о научных открытиях, делиться своим опытом и рассказывать о том, как они пришли в науку. Это может вдохновить старшеклассников и показать им реальные примеры того, как можно применить знания, получаемые в школе, на практике.