Институт физики (Пекин)

Институт физики (Пекин) — научно-исследовательское учреждение Китайской академии наук (CAS), расположенное в Пекине (КНР). Один из ведущих центров фундаментальных и прикладных исследований в области физики конденсированного состояния, оптики, физики низких температур, нанотехнологий и квантовой физики. Основан в 1950 году, официально открыт в 1958 году. Входит в структуру CAS и является одним из крупнейших академических институтов Китая по числу научных сотрудников и объёму публикаций.

История

Создание и ранние годы (1950—1966)

Институт физики был основан 5 августа 1950 года как часть Китайской академии наук, созданной годом ранее. Первоначально располагался в здании бывшего Пекинского университета. В 1958 году завершилось строительство отдельного кампуса в районе Чжунгуаньцунь (ныне — «Пекинская кремниевая долина»). В первые десятилетия институт занимался преимущественно физикой твёрдого тела, спектроскопией и ядерной физикой. В 1960-е годы здесь были разработаны первые китайские образцы полупроводниковых материалов.

Период Культурной революции (1966—1976)

В годы Культурной революции (1966—1976) деятельность института была существенно ограничена. Многие исследования были приостановлены, часть учёных подверглась репрессиям. Тем не менее, в 1970 году институт участвовал в создании первого китайского лазера на рубине, а в 1975 году — в разработке первого китайского сверхпроводящего магнита.

Реформы и международное сотрудничество (с 1978)

После начала политики реформ и открытости (1978) институт восстановил научную активность. В 1980-е годы были созданы лаборатории физики низких температур, оптики и нанотехнологий. В 1990-е годы институт начал активное сотрудничество с зарубежными научными центрами, включая Институт физики твёрдого тела РАН (Россия), Национальную лабораторию Лоуренса в Беркли (США) и Институт Макса Планка (Германия). В 2000-е годы институт стал одним из ключевых участников китайской программы по квантовым вычислениям и нанотехнологиям.

Структура и подразделения

Институт физики (Пекин) включает несколько научных подразделений, специализирующихся на различных направлениях физики:

Основные лаборатории

• Лаборатория физики конденсированного состояния — занимается исследованием свойств твёрдых тел, жидкостей и сложных систем. Включает группы по физике полупроводников, магнитных материалов, сегнетоэлектриков и сверхпроводников.
• Лаборатория оптики и квантовой физики — изучает взаимодействие света с веществом, квантовую оптику, лазерную физику и фотонные технологии. Здесь разработаны методы квантовой криптографии и квантовой телепортации.
• Лаборатория физики низких температур — специализируется на исследованиях сверхпроводимости, квантовых жидкостей и низкотемпературных свойств материалов. Оснащена криостатами с температурой до 10 мК.
• Лаборатория нанотехнологий и наноматериалов — занимается синтезом и изучением наночастиц, нанотрубок, графена и других наноструктур. Разрабатывает методы их применения в электронике, медицине и энергетике.
• Лаборатория физики плазмы и лазерного синтеза — исследует плазменные процессы, управляемый термоядерный синтез и лазерное ускорение частиц.

Центры и отделы

• Центр квантовых вычислений — разрабатывает квантовые процессоры, квантовые алгоритмы и системы квантовой связи.
• Отдел теоретической физики — занимается математическим моделированием физических процессов, включая теорию поля, статистическую физику и теорию конденсированного состояния.
• Центр материаловедения — синтезирует и исследует новые материалы, включая высокотемпературные сверхпроводники, магнитные материалы и фотонные кристаллы.
• Отдел экспериментальной физики — проводит эксперименты на уникальных установках, включая рентгеновские дифрактометры, сканирующие туннельные микроскопы и спектрометры.

Научные достижения

Институт физики (Пекин) внёс значительный вклад в развитие физики в Китае и мире. Среди наиболее важных достижений:

• Сверхпроводимость — в 1987 году сотрудники института совместно с учёными из США и Японии открыли высокотемпературную сверхпроводимость в керамике YBa₂Cu₃O₇ (температура перехода 93 К). Это открытие привело к созданию первого китайского сверхпроводящего магнита.
• Квантовая телепортация — в 2004 году группа под руководством профессора Пань Цзяньвэя (ныне — президент CAS) осуществила первую в мире квантовую телепортацию на расстояние 13 км. В 2012 году — на расстояние 97 км.
• Графен — в 2009 году институт разработал метод получения графена большой площади (до 30 см²) методом химического осаждения из газовой фазы (CVD). Это позволило создать первые китайские прототипы графеновых транзисторов.
• Нанотрубки — в 2010 году синтезированы углеродные нанотрубки длиной до 1 мм, что стало мировым рекордом на тот момент.
• Лазерная физика — в 2015 году создан самый мощный в Китае лазер с импульсной мощностью 10 ПВт (петаватт), используемый для исследований в области лазерного синтеза и ускорения частиц.

Международное сотрудничество

Институт физики (Пекин) активно участвует в международных проектах и программах. Среди ключевых партнёров:

• Россия — совместные проекты с Институтом физики твёрдого тела РАН (Черноголовка), Институтом общей физики им. А. М. Прохорова РАН (Москва) и Физико-техническим институтом им. А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург). Области сотрудничества: сверхпроводимость, нанотехнологии, лазерная физика.
• США — сотрудничество с Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли, Массачусетским технологическим институтом (MIT) и Стэнфордским университетом. Основные направления: квантовые вычисления, материаловедение, физика плазмы.
• Европа — проекты с Институтом Макса Планка (Германия), Университетом Оксфорда (Великобритания) и Национальным центром научных исследований (CNRS, Франция). Области: квантовая оптика, нанотехнологии, физика низких температур.
• Япония — совместные исследования с Токийским университетом и Национальным институтом материаловедения (NIMS). Направления: сверхпроводимость, магнитные материалы.

Образовательная деятельность

Институт физики (Пекин) является базой для подготовки научных кадров. При институте действует аспирантура, где ежегодно обучается около 500 аспирантов и магистрантов. В 2010 году открыта совместная программа с Пекинским университетом по подготовке магистров в области физики конденсированного состояния. Институт также проводит летние школы для молодых учёных из Китая и зарубежных стран.

Интересные факты

• В 2018 году институт вошёл в десятку лучших научных учреждений мира по версии Nature Index в области физики, заняв 7-е место по числу публикаций в ведущих журналах.
• Здание института в районе Чжунгуаньцунь является одним из символов «Пекинской кремниевой долины» — крупнейшего в Китае технопарка.
• В 2020 году институт запустил проект по созданию квантового компьютера на 100 кубитах, который планируется завершить к 2025 году.
• Ежегодно институт публикует более 1000 статей в рецензируемых научных журналах, включая Nature, Science и Physical Review Letters.

Критика

Институт физики (Пекин) подвергается критике со стороны западных учёных за недостаточную прозрачность в публикации данных, особенно в области квантовых вычислений и лазерного синтеза. Некоторые исследования, связанные с военными приложениями (например, лазерное оружие), не публикуются в открытой печати. Кроме того, институт обвиняют в плагиате научных идей — в 2019 году было зафиксировано несколько случаев заимствования результатов из работ зарубежных коллег без указания ссылок. В ответ на критику институт усилил политику проверки на плагиат и ввёл обязательную регистрацию всех экспериментов в открытых базах данных.

Источники

• Официальный сайт Института физики (Пекин) — Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences (IOP CAS).
• Nature Index 2018 — Top 10 institutions in physical sciences.
• «Квантовая телепортация в Китае» — статья в журнале Nature, 2012.
• «Синтез графена большой площади» — статья в журнале Carbon, 2009.
• «Китайский лазер мощностью 10 ПВт» — отчёт CAS, 2015.
• «Критика плагиата в китайских научных институтах» — статья в журнале Science, 2019.