Свобода взяться за рискованную идею

24 октября на торжественной церемонии празднования 15-летия Сколтеха состоялось вручение первой Премии памяти Жореса Ивановича Алфёрова — выдающегося ученого, нобелевского лауреата и первого председателя Консультативного научного совета фонда «Сколково». Первым обладателем премии стал Павлос Лагудакис — первый проректор Сколтеха, выдающийся ученый в области фотоники, чьи научные интересы лежат на пересечении фундаментальной физики и передовых технологий: поляритонные системы, сильная связь света с веществом и оптические вычисления.

Премия, которую инициировал заместитель председателя попечительского совета Сколтеха, председатель совета директоров группы компаний «Ренова» Виктор Вексельберг при поддержке заместителя председателя Совета безопасности Российской Федерации Дмитрия Медведева и попечительского совета Сколтеха, направлена на поощрение выдающихся достижений в области инновационных разработок, отвечающих стратегическим приоритетам развития института и науки, а также увековечение памяти Жореса Ивановича Алфёрова.

В интервью «Ъ-Науке» Павлос поделился, как продолжает наследие великого ученого, как его команда достигает результатов, признаваемых во всем мире, что поможет быстрее вывести оптические вычисления в сферу практических применений, а также какие видит преимущества российской системы образования на основе своего большого международного опыта.

— Когда я был студентом, я с этим не соглашался. Мне казалось, что граница очевидна: одни физики задаются вопросом «почему?», другие — «зачем?», и я хотел принадлежать к первым. Но опыт меня переубедил.

Когда я начинал обучение в аспирантуре в Саутгемптоне, экситон-поляритоны были лабораторной диковиной: частицы — наполовину свет, наполовину вещество — живут внутри полупроводниковых микрорезонаторов. Вопросы мы задавали сугубо фундаментальные. Могут ли эти частицы образовать конденсат Бозе—Эйнштейна? Может ли свет вести себя как жидкость? О компьютерах тогда никто не думал. Двадцать лет спустя этот самый «жидкий свет» лежит в основе оптического транзистора, логических вентилей и машин, которые решают задачи оптимизации.

В словах Алфёрова главное — «раньше или позже». По моему опыту, «позже» — это 15–25 лет, и заранее никто не скажет, какое направление выстрелит. Поэтому страна, которой нужны технологии, обязана беречь фундаментальную науку. Практический эффект нельзя запланировать. Можно лишь создать условия, в которых он появится.

— Как ученый — безусловно. Гетероструктуры Алфёрова, то есть тонкие слои разных полупроводников, выращенные друг на друге, лежат в основе полупроводникового лазера и всей современной оптоэлектроники. Микрорезонаторы, в которых мы создаем поляритоны,— их прямые потомки. Я буквально работаю внутри структур, которые стали возможны благодаря его идеям.

Как руководителю мне близко, что он никогда не отделял науку от развития институтов. Много лет он возглавлял Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе и создал академический университет, чтобы талантливая молодежь могла заниматься исследованиями с раннего возраста. Наука и образование под одной крышей — это тот принцип, которого я стараюсь придерживаться в собственной работе.

Что касается наставничества, здесь нужна точность: учителем он мне не был. Мы встретились один раз, за пару лет до его ухода, когда он приехал посмотреть нашу лабораторию. Он был очень воодушевлен перспективами того, что мы строим. Эти слова человека, заложившего фундамент под целую область, сказанные в адрес еще молодой лаборатории, значили для нас много. От него я беру мерку: главные результаты ученого — часто его ученики. Стараюсь примерять ее к себе.

Стать первым, кто получил премию памяти великого ученого,— значит получить планку, по которой теперь придется себя проверять.

— Все началось на кухне. С 2014 по 2016 год я был приглашенным профессором, и пока готовили помещение под лабораторию, мы начали настраивать оборудование и собирать первые установки на кухне. Настоящая лаборатория открылась в августе 2016 года.

Потом встал вопрос, как руководить лабораторией в двух странах. До пандемии я проводил неделю в Сколтехе и неделю в Саутгемптоне. Затем перешел на две недели в каждом месте, сначала из-за карантинных ограничений, и сохранял этот ритм до 2024 года. Лаборатория не может встать на паузу, пока ее руководитель летит в самолете. Все получилось лишь потому, что студенты и постдоки продолжали работу, пока меня не было.

Вторая трудность — постоянная: конкурировать на мировом уровне, будучи молодым институтом, с группами, за плечами которых десятилетия истории.

Третья — меняющаяся международная обстановка последних лет. Оборудование, материалы, сотрудничество — все стало сложнее организовывать. Команда продолжала получать результаты высшего уровня, и это говорит о людях

больше, чем любое отдельное достижение.

— Все было трудно, но по-разному. Физическая задача формулируется просто: фотоны друг с другом не взаимодействуют. Полвека оптические переключатели требовали огромной мощности, массивных нелинейных кристаллов или криогенных температур. Мы взяли поляритоны в органическом полупроводнике, где связь света с веществом так сильна, что эффект выдерживает комнатную температуру.

Дольше всего длилась инженерия: нужный полимер, очень качественные микрорезонаторы, фемтосекундная оптика и несколько лет тесной работы с коллегами из IBM в Цюрихе и из Вупперталя. В итоге устройство размером в несколько микрометров усилило сигнал в тысячи раз и переключалось примерно за полпикосекунды. А убеждать других оказалось проще всего: цифры говорили сами за себя.

Настоящая трудность началась потом. Наш транзистор имел размер в несколько микрометров, а питала его лазерная система, занимающая целый стол. В этом перекосе и состоит проблема. Устройство такого размера должно питаться электрическим током.

Над этим мы и работаем, а в этом году получили первый результат — поляритонный лазер, который работает на постоянном электрическом токе. Кристалл — перовскит, выращенный из раствора. Обычно ионы внутри такого кристалла дрейфуют под напряжением, и это помеха. Мы позволили им дрейфовать, и они сами выстроились в диод внутри кристалла, а затем мы охладили его и зафиксировали эту структуру. Пока все работает только при низкой температуре. Результат появился уже после решения о присуждении премии, поэтому в обосновании его нет, но он показывает, куда мы идем.

— Всегда трудно, и так и должно быть. Самое важное решение руководителя лаборатории — кого взять. Здесь у меня есть преимущество, которое я хочу отметить. Российские физико-технические университеты выпускают специалистов очень высокого уровня: МФТИ, МГУ, ИТМО, Санкт-Петербургский университет и другие вузы. Они приходят уже со знанием серьезной физики, поэтому мы не тратим первые два года магистратуры или аспирантуры на то, чтобы вводить студентов в базу. Мы можем почти сразу начинать с реальных задач, и именно это позволяет собрать команду, способную конкурировать на международном уровне.

Дальше я ищу три качества. Первое — настоящая жажда понять, а не просто выполнить задание. Второе — упрямство: эксперименты не получаются гораздо чаще, чем получаются, и нужны люди, которые придут наутро снова. В науке никто не заставит вас прийти в лабораторию ночью, когда эксперимент не получается. Важным результатам почти всегда предшествует множество неудачных попыток. Тот, кто воспринимает сорвавшийся эксперимент как опыт, а не как поражение, имеет хорошие шансы. Третье — честность с данными, готовность сказать «это не работает» или «я ошибся», а также умение идти за собственной идеей, но при этом слушать критику. Технике можно научить. Этим качествам — как правило, нет. К тому, насколько отполировано резюме в 23 года, я отношусь без особого внимания. Траектория важнее точки старта.

Лучшее подтверждение — то, что происходит потом. Многие наши выпускники сегодня сами возглавляют научные направления. Молодые исследователи были ведущими авторами наших ключевых результатов, включая оптический транзистор и электрически питаемый лазерный диод.

— Я вижу три таких фактора. Первое, и самое важное сегодня,— питание и интеграция. Наши устройства по-прежнему возбуждаются большими усиленными лазерами. Выход — электрическая инжекция, и эту задачу мы отчасти уже решили: недавний результат показывает, что поляритоны можно создавать прямо электрическим током. Следующим прорывом станет соединение электрической накачки с оптическим переключением: электроны дают энергию, свет несет информацию. Тогда большие лазеры не понадобятся.

Второе — каскадируемость и энергия. Один элемент должен управлять следующим, не теряя сигнала. Мы уже соединили три транзистора в работающие вентили «ИЛИ» и «И». Позже появились переключение одним фотоном и универсальный вентиль, работающий на сотнях гигагерц. Превратить это в полноценную схему — инженерная задача, и достаточно серьезная.

Третье, и, возможно, тоже самое важное,— найти свою нишу. Оптические вычисления не заменят процессор в ноутбуке. Они будут обладать преимуществом там, где свет уже есть, например при обработке сигналов в оптической связи, а также в задачах оптимизации и моделирования, где вычисление выполняет сама физика. Первыми реальными устройствами станут специализированные сопроцессоры, а не универсальные компьютеры.

— Направлений — три, и все они мне очень интересны. Первое — то, о чем я только что говорил: электрически питаемые поляритонные схемы. Это значит перенести перовскитный диод из криогенных условий в обычные и соединить его с полностью оптическим переключением, которое мы разработали раньше. Направление понятно: электрическое питание, оптическая логика, все на одном чипе.

Второе — свет как физический компьютер. Когда поляритонные конденсаты расставлены в решетку и синхронизируются друг с другом, вся система сама находит состояние с наименьшей энергией для заданной математической модели. По сути, она решает задачу оптимизации. Мы развиваем и поляритонные, и чисто фотонные версии таких машин, и вопрос в том, насколько этот подход можно масштабировать.

Третье носит более фундаментальный характер. Поляритонные конденсаты — это квантовые жидкости, живущие вдали от равновесия: они постоянно приобретают и теряют частицы. Это делает их уникальной лабораторией для явлений, до которых трудно добраться иначе, таких как универсальные законы неравновесного роста и новые топологические состояния света. Следуя Алфёрову, скажу: я не знаю, где эти вопросы найдут применение. Но уверен, что найдут.

Эти три линии не отделены друг от друга. Студент, который строит фотонный симулятор, вполне может через год проектировать диод.

— В основном они отражают уже достигнутое, и в этом нет ничего плохого. Но хорошая премия делает и кое-что полезное. Во-первых, она показывает молодым людям, что ценится обществом. Премия памяти Жореса Алфёрова доказывает студенту, что путь физика может привести к признанию, а не только к скромной зарплате.

Во-вторых, она повышает заметность, а заметность помогает лаборатории привлекать талантливых студентов и партнеров. Эта премия не сопровождается финансированием лаборатории, и для награды, которая чтит наследие ученого, это кажется уместным. Но вообще, быстрее всего науку ускоряют те премии, которые дают лауреату свободу взяться за рискованную идею, которую не поддержала бы ни одна грантовая комиссия.

Для улучшения системы я бы сделал три вещи. Отмечал бы не только отдельных людей, но и команды, потому что современная наука коллективна. Больше учитывал бы работы, влияние которых подтверждено годами, а не самые модные темы. И направлял бы больше поддержки молодым исследователям в тот момент, когда она способна изменить их путь, а не когда карьера уже состоялась.

— Я работал в Греции, Великобритании, Германии, Швейцарии, Японии, а теперь — в России, и у каждой системы есть свои сильные стороны. В Сколтехе я больше всего ценю три вещи.

Первая — студенты. Образование, с которым они приходят, очень высокого уровня, и, что для меня не менее важно, они по-прежнему любят науку. Для многих молодых людей в других странах диплом — этап на пути к хорошо оплачиваемой работе, и это понятно. Здесь я регулярно встречаю тех, кто учится, потому что хочет узнать, как устроена природа, и видит в исследованиях призвание. Это самый ценный ресурс, какой может быть у лаборатории.

Вторая — устройство университета. Сколтех задумывался как исследовательский университет международного типа: небольшие группы, аспиранты, которые занимаются настоящими исследованиями с первого года, тесная связь науки, образования и технологий. Кроме того, решения здесь принимаются быстро. В классической системе создание лаборатории может занять годы. Здесь идея может превратиться в структуру за месяцы.

Третья — мы считаем фундаментальные исследования и их превращение в технологии одной общей миссией. Мы не просим ученого выбирать между открытием и работающим прибором. В нашей лаборатории и то и другое происходит в одном помещении.

— Мне кажется, трем вещам. Первое — упорство в выбранном направлении. Алфёров годами работал над гетероструктурами, когда многие считали эту идею непрактичной, а Нобелевскую премию ему дали спустя десятилетия после первого гетероструктурного лазера. Настоящие прорывы требуют терпения.

Второе — не бояться границы между физикой и инженерией. Жорес Алфёров был физиком, который делал приборы, и эти приборы изменили мир. Каждый раз, когда вы пользуетесь волоконно-оптической линией или берете в руки смартфон, вы пользуетесь его работой.

Третье — ответственность за пределами собственной лаборатории. Он строил институты, воспитывал новые поколения и публично защищал науку. Ученый — не только автор статей, но и гражданин научного сообщества. Думаю, это самая важная часть его наследия.