В целях более широкого и эффективного использования результатов современных фундаментальных исследований для решения важных прикладных задач во ВНИИА создан Центр фундаментальных и прикладных исследований (ЦФПИ).
Научный коллектив Центра сформирован из выпускников отечественных профильных вузов, прежде всего, МФТИ, МГУ, МИФИ, с привлечением ведущих учёных академических институтов страны.
Исследования ведутся по таким направлениям, как компьютерное материаловедение, медицинская химия и хемоинформатика, квантовая оптика и плазмоника, физика конденсированного состояния, квантовые технологии, астрофизика, физика лазерной плазмы, радиационная и ядерная физика, физика атмосферы и ионосферы, математическое моделирование физических процессов и др.
По направлению «Компьютерное материаловедение» проводится разработка вычислительных инструментов, способных описывать процессы, протекающие в реальных материалах.
Описание свойств материалов на основе знания их состава и структуры, а также получение новых материалов с требуемыми свойствами играют ключевую роль как в решении ряда оборонных задач, так и для достижения мировой конкурентной способности по гражданским направлениям.
К основным направлениям относятся: разработка многомасштабной модели прочности и пластичности конструкционных материалов, изучение изменения эксплуатационных свойств материалов в условиях радиационного воздействия, разработка многомасштабной модели детонации при лазерном и ударно-волновом воздействии, компьютерный дизайн материалов и машинное обучение, разработка перспективных термоэлектрических материалов.
Деятельность по направлению «Медицинская химия и хемоинформатика» включает в себя поиск новых лекарственных молекул и создание программного обеспечения для решения актуальных задач медицинской химии. Для этого разрабатываются и применяются современные вычислительные подходы молекулярного моделирования и хемоинформатики, в том числе с использованием машинного обучения.
По направлению «Квантовая оптика и плазмоника» ведутся исследования материалов, искусственных микро- и наноструктур на их основе для оптических приложений и разработки оптико-электронных устройств, исследования квантово-оптических систем на основе кремниевых волноводов и плазмонных структур. В частности, фундаментальные и прикладные исследования открытых квантовых систем в режиме сильной связи, неравновесная бозе-конденсация поляритонов, исследование возможности усиления сигналов однофотонных источников плазмонными наноантеннами, создание оптических газовых сенсоров высокой чувствительности и селективности, разработка интегрированных на чипе оптических гироскопов.
По направлению «Физика конденсированного состояния» ведутся работы по исследованию микро- и наносистем, а также новых материалов с пониженной размерностью и необычными электронными свойствами, перспективных для построения элементной базы нового поколения приборов микро- и наноэлектроники.
По направлению «Квантовые технологии» проводятся теоретические, технологические и экспериментальные исследования искусственных квантовых систем, нацеленные на создание сверхпроводящих гибридных систем и применение новейших открытий науки (сверхпроводимость, кубиты, нейроморфные системы). В частности, разработка и исследование перспективной элементной компонентной базы и устройств, исследование и изготовление высокочувствительных криогенных датчиков и сенсорных систем физических величин, исследование квантовых симуляторов и систем квантовых вычислений на основе сверхпроводниковых и линейно-оптических интегральных схем, разработка и исследования элементов для сверхпроводящей цифровой электроники, криогенных нейроморфных устройств, топологически защищённых устройств. В основе исследований лежат современные зондовые и спектроскопические методы.
В фокусе работ по направлению «Астрофизика» – сверхновые и их остатки. Изучаются механизмы взрывов сверхновых различных типов, решается проблема большого наблюдаемого энерговыделения. Детально исследуются процессы при взрывах: распространение горения в звёздах, нуклеосинтез, различные неустойчивости.
Также решается задача о свечении такого объекта, для которого необходим учёт взаимодействия мощных потоков излучения с быстродвижущимся веществом. Разрабатываются постановки для лабораторных экспериментов, в первую очередь, лазерных, позволяющих воспроизводить эффекты в сверхновых.
По направлению «Физика лазерной плазмы» проводятся теоретические исследования по разработке эффективных схем лазерного ускорения с целью создания компактных источников частиц и излучения (рентген, гамма-) для различных приложений. Разрабатываются модели физических процессов в задачах лазерного термоядерного синтеза. Теоретически изучаются эффекты лазер-плазменного взаимодействия в короне, кинетические процессы в плазме, влияние гидродинамических неустойчивостей на сжатие мишеней.
В рамках направления «Физика атмосферы и ионосферы» рассматриваются вопросы создания динамических моделей атмосферы и нижней ионосферы. Исследуется отклик на внешнее воздействие (солнечные вспышки, техногенные процессы), развиваются модели плазмохимии, исследуется динамика плазменных потоков и частиц в геомагнитном поле Земли. Разрабатываются модели распространения радиоволн в стационарной и возмущённой атмосфере, генерации и эволюции шумановских резонансов.
По направлению «Математическое моделирование физических процессов» идёт разработка и совершенствование методов и алгоритмов для высокопроизводительного моделирования разнообразных физических процессов.
Во ВНИИА созданы: программный комплекс для моделирования ударных, детонационных и лазерных воздействий, явлений разрушения и высокоскоростной деформации в конденсированных средах на атомистическом и континуальном уровнях рассмотрения; монте-карловский программный комплекс для моделирования переноса частиц и излучения в средах; программный комплекс для моделирования динамики плазмы и взаимодействия излучения с плазмой.
Параллельная архитектура развиваемых программных продуктов делает возможным проведение моделирования на вычислительных кластерах высокой производительности.