В этом году NIST празднует свой столетний юбилей. Институт был образован в 1901 году и назывался тогда Национальным бюро стандартов (National Bureau of Standards). Первейшей задачей Бюро было установление точной длины метра (кстати, теперь она определяется NIST как путь, который свет проходит в вакууме за 1/299792458 секунды), реальной продолжительности одной секунды (в 1949 году NIST заменил свои откалиброванные кварцевые часы на атомные: 1 секунда стала приравниваться 9192631770 осцилляциям атома цезия-133) и точного напряжения, соответствующего одному вольту. Для страны, которая вырывалась на лидирующие позиции в мире, стандартизация была стратегической задачей, особенно если учесть, что в то время в США существовало, по крайней мере, восемь разных мер для галлона.

В настоящее время NIST осуществляет свою деятельность по четырем взаимосвязанным направлениям: обеспечение жизненно необходимой технологической инфраструктуры; национальная программа качества продукции; поддержка малого предпринимательства; исследования в области передовых технологий.

Спектр исследований NIST простирается от нанокристаллов до квантовых вычислений. В частности, в одной из лабораторий NIST под руководством Роберта Селотты (Robert Celotta) был разработан "ассемблер атомов", который передвигает отдельные атомы так, что они образуют наноструктуры, например, "нанокубики", стенки которых состоят из отдельных атомов. Причем весь процесс отображается в графической форме на мониторе компьютера. Конечно, чтобы использовать такие искусственные наноструктуры, необходимо научиться управлять объектами, подчиняющимися квантово-механическим законам, о чем пока только мечтается. Но физикам уже видятся в недалеком будущем этакие крохотные наномашинки, которые, будучи внедренными в кровеносные сосуды, действовали бы как своеобразные "ножницы", вырезающие в них холестероловые бляшки.

Мерами, стандартами и технологиями NIST пользуются многие государственные организации и частные компании, в частности, разработчики солнечных батарей, производители полупроводников (в частности, Intel и AMD), компании, обслуживающие оптоволоконные линии связи, химики, разработчики телевизионных технологий и т.д. Так, например, именно на технологиях NIST основаны измерения доз радиоактивных имплантантов в раковые опухоли или электрические параметры сердечных дефибрилляторов. В области оптоволоконных телекоммуникаций NIST создал сверхточный микрометр, который позволяет измерять диаметры волокон толщиной порядка 50 нм, что соответствует 100 слоям молекул стекла.

Билл Филлипс (Bill Phillips) достиг такой высокой точности измерения времени, что ошибка составляет всего 1 секунду за 20 миллионов лет. За разработку методов лазерного охлаждения и пленения атомов он был удостоен в 1997 году Нобелевской премии по физике. В NIST работает уже более двадцати лет и переходить в другое, более привлекательное в финансовом отношении, место не собирается. Как уверяет сам Филлипс и его коллеги, их более волнует природа вещей, чем возможность хорошо заработать, а исследования для них - не столько работа, сколько хобби.

Производители микрочипов, входящие в EUV-консорциум (Extreme Ultraviolet Consortium), например Intel и AMD, надеются повысить плотность упаковки транзисторов за счет использования ультрафиолетового излучения с длиной волны порядка 13,4 нм для нанесения схемы на кристалл. Последнее предполагает использование прецизионной оптики (зеркал и линз) со степенью однородности поверхности порядка 1 нм. Контроль за качеством оптики производят с помощью созданной в NIST машины SURF III (Synchrotron Ultraviolet Radiation Facility), которая представляет собой ускоритель электронов. Последние, разгоняясь по круговым орбитам, интенсивно испускают фотоны, которые и используются для контроля качества оптики.

В настоящее время NIST сотрудничает и с консорциумом Idema (International Disk Drive Equipment and Materials Association) для исследования магнитной стабильности дисковых пластин, толщина которых часто не превышает всего нескольких атомов.

Вообще, NIST очень активно действует в сфере компьютерных технологий, занимаясь не только передовыми исследованиями, но и выполняя свои прямые функции по стандартизации. Кстати сказать, именно благодаря продвижению со стороны NIST в 60-е годы был принят известный стандарт ASCII. Точно так же в настоящее время NIST совместно с консорциумом Oasis занимается продвижением стандарта XML (расширенный язык разметки) как универсального языка для Web.

Значение исследований NIST возрастает в последнее время, поскольку даже такие крупные компании, как Bell Labs, Boeing, AT&T, Hughes, вынуждены сворачивать многие исследовательские проекты, считая их "неподъемными" для одной компании. Как выразился один из сотрудников NIST Эрик Корнэлл (Eric Cornell), "их дни уже уходят". А физик из "Калтеха" (Калифорнийского технологического института) Дэвид Гудстэйн (David Goodstein) уверен, что без NIST США не смогут сохранить своего технологического лидерства.

В настоящее время значительное внимание ученых из NIST сосредоточено на выполнении многомиллионной программы исследований в области квантовых вычислений. В основу положена технология получения так называемого конденсата Бозе-Эйнштейна (BEC, Bose-Einstein condensate), разработанная на основе открытия Билла Филлипса его коллегой Эриком Корнэллом, т.е. макроскопического квантового суперпонированного состояния, в котором ансамбль из многих атомов ведет себя как один большой атом. В проекте участвуют три группы, одну из которых возглавляет Филлипс, другую - Корнэлл и третью - Дэйв Вайнлэнд (Dave Wineland) из Бэулдэра, который первым построил 4-кубитный квантовый компьютер, производящий простейшие вычисления.

Не остался NIST в стороне и от участия в космических программах США. Так, Джэймс Фоллер (James Faller), нынешний директор отдела квантовой физики Института, участвовал в свое время в создании отражателя, который экипаж "Аполло-11" в 1969 году разместил на поверхности Луны. Этот отражатель позднее был использован для определения расстояния до нашего спутника с точностью до дюйма. С помощью своего прецизионного устройства SURF III специалисты NIST калибруют оптику для американских спутников, в том числе и для спутников-шпионов. Разработки Рэя Рэйдбафа (Ray Radebaugh), руководителя криогенной лаборатории в Бэулдэре, по сжижению газов (в частности, это касается ракетного топлива) предполагается использовать в будущих полетах на Марс.

И все же, несмотря на достижения сотрудников NIST, характер их деятельности далеко не очевиден для большинства американцев, и даже для членов Конгресса. Это, в частности, проявилось и в том, что The New York Times, посвятив столетнему юбилею NIST специальную статью, ни словом не обмолвилась о его достижениях в области нанотехнологий. Критицизм в отношении NIST еще более усилился с приходом в Белый дом администрации Дж. Буша-младшего. В проекте бюджета, представленного на рассмотрение в Конгресс, предусматривалось значительное урезание финансирования этого института, причем именно в части, касающейся фундаментальных исследований. А ведь только NIST в настоящее время заполняет исследовательский вакуум, который остался после вчерашних гигантов типа R&D (Research and Development).

Дискуссии идут действительно очень жаркие, но NIST они пока мало задевают, о чем свидетельствует хотя бы то, что бюджет Института в 2001 году не уменьшился, а увеличился по сравнению с прошлым годом (720 млн долларов и 635,8 млн долларов соответственно). Похоже, что Америке без NIST и в самом деле не обойтись.

Сергей САНЬКО

При подготовке статьи были использованы материалы сайта Института (www.nist.gov) и журнала "Wired Magazine".