Российские ученые, участвующие в выполнении научной программы Национального центра физики и математики (НЦФМ), в 2024 году добились значительных результатов по очень широкому спектру тем – от фотонных вычислений до искусственного интеллекта.
Научная программа Национального центра физики и математики включает решение приоритетных задач фундаментальной и прикладной науки и реализацию перспективных научно-технологических проектов, в том числе создание новых уникальных лабораторий. Научную кооперацию НЦФМ составляют более 55 институтов Российской академии наук, ведущих научных центров, вузов и высокотехнологичных компаний страны. Научные проекты НЦФМ по 10 направлениям выполняют более 2 тысяч ученых.
По всем этим направлениям в 2024 году получены важные результаты. Ниже – некоторые из них.
В 2024 году создан демонстрационный образец аналогового фотонного вычислительного устройства, работающего на основе новой фотонной компонентной базы и использующего для передачи информации фотоны, а не электроны, как в привычных вычислителях. Указанный образец фотонного процессора разработан в интересах создания в НЦФМ к 2030 году фотонной вычислительной машины класса "мегасайенс".
По проекту производительность этой машины будет рекордной и достигнет 1021 операций в секунду, что намного превышает мощность современных вычислительных комплексов. Такая установка позволит решать прикладные задачи по обработке больших массивов данных и получать фундаментальные результаты в области искусственного интеллекта и машинного обучения. Специализированный процессор перспективной машины уже сегодня позволяет эффективно распознавать сложные оптические образы в объемных видеопотоках.
Аналоговая фотонная вычислительная система позволяет проводить анализ и распознавание объектов в сотни раз быстрее современных цифровых нейросетей на основе традиционных ЭВМ. Это особенно важно для оперативного анализа так называемых гиперспектральных данных, изначально представляющих собой объёмные массивы информации.
На супер-ЭВМ разработаны научно-методические основы технологий создания цифровых двойников элементов высокотехнологичных изделий промышленности, например дизельного двигателя внутреннего сгорания, летательных аппаратов, автомобильной техники, химических реакторов.
Ученые в области физики частиц и космологии вели работы по трем темам: теоретически исследовались новые модели и сигналы темной материи для экспериментов на коллайдерах и квантовые эффекты в искривленном пространстве-времени, рассматривались физические явления на так называемой постинфляционной стадии развития Вселенной, развивалась квантовая механика стационарных состояний частиц в искривленном и плоском пространстве-времени классических решений общей теории относительности.
В результате, в частности, была расширена методология поиска сигнала темной материи в процессах с рождением топ-кварка, позволяющая повысить точность экспериментальных измерений.
На лабораторном оборудовании создан макет ядерного стандарта частоты, основанного на энергетических переходах состояний ядра тория-229. Точность нового ядерного стандарта на два порядка выше существующих стандартов, основанных на атомных переходах. Применение нового стандарта частоты позволит улучшить точность позиционирования спутниковой навигации до 1-2 сантиметров и в перспективе обеспечить позиционирование объектов по гравиметрическим картам с точностью до 1-2 метров вовсе без использования спутниковой системы.
Что касается исследований по лабораторной астрофизике и геофизике, то здесь среди результатов 2024 года - экспериментальное доказательство гипотезы, в соответствии с которой сигнальные системы живых организмов, а не традиционно рассматриваемые в мировой науке показатели (параметры роста, активность физиологических процессов), демонстрируют наиболее высокую чувствительность к астро- и геофизическим факторам. Это не только прорывной фундаментальный результат, он имеет большое прикладное значение с точки зрения выявления эффектов, оказываемых ионизирующим излучением, низкочастотными магнитными полями и гипомагнитными условиями на живые системы.
Национальный центр физики и математики является флагманским проектом Десятилетия науки и технологий. В Сарове на территории НЦФМ возводится студенческий городок, комплекс из научно-исследовательских корпусов и передовых лабораторий с целью получения новых научных результатов мирового уровня, подготовки учёных высшей квалификации, воспитания новых научно-технологических лидеров, укрепления кадрового потенциала предприятий Госкорпорации "Росатом" и ключевых научных организаций России.
Образовательным ядром НЦФМ стал филиал Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова в Сарове – МГУ Саров. Учредители НЦФМ – "Росатом", МГУ имени Ломоносова, Российская академия наук, Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, РФЯЦ-ВНИИЭФ, Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" и Объединенный институт ядерных исследований.