Как объяснить квантовую физику на примере носков и других привычных вещей? Зачем нужны квантовые компьютеры? Узнать о современных квантовых технологиях и через призму юмора и науки разобрать мемы по квантовой физике, биологии и метеорологии смогли 19 ноября гости Информационного центра по атомной энергии (ИЦАЭ) Саратова на тематическом «ИЦАЭ OPEN: квантовый век».

Чем современные квантовые компьютеры отличаются от прежних, и как использовать эти технологии в медицине? Как ведут себя объекты в квантовом мире? Об этом школьникам и студентам рассказал Дмитрий Чермошенцев, к.ф.-м.н., заместитель руководителя научной группы Российского квантового центра, руководитель группы в «Росатом Квантовые технологии».

Лекция «Квантовые технологии современности: как мельчайшие частицы помогают решать сложнейшие задачи?» началась с погружения в историю создания квантовой физики. Дмитрий рассказал, насколько важным для квантовой физики оказался свет и его мельчайшие частицы – фотоны.

«Как вы думаете, пользуетесь ли вы все уже сейчас квантовыми технологиями?» – спросил Дмитрий Чермошенцев слушателей лекции. Рассказывая о зарождении квантовой физики, эксперт Российского квантового центра подошёл к первой квантовой революции и к квантовым технологиям первого поколения. «Без этих технологий, придуманных в прошлом столетии, мы вряд ли можем представить современную жизнь. Это не только Большой адронный коллайдер, но и лазеры, компакт-диски и флешки-накопители, магнитно-резонансные томографы и обычные компьютеры с их полупроводниковыми транзисторами», – объяснил эксперт.

Технологии первой квантовой революции работают с коллективными квантовыми явлениями, в то время как изобретения второй квантовой революции – с индивидуальными квантовыми системами (отдельными квантами). Как объяснил Дмитрий Чермошенцев, переход к «транзисторам размером с атом» и работа над квантовыми компьютерами были логичным результатом развития полупроводниковых технологий: «В 1971 году транзисторы имели размер 10 000 нм, а к 2011 они уменьшились до 32 нм, что позволяет значительно увеличить мощность компьютеров. Современные смарт-часы являются более мощными, чем первые компьютеры. При этом чем меньше становятся транзисторы, тем более в них проявляются квантовые эффекты. Их можно подавлять, но лучше использовать».

Дмитрий выделил основные законы квантовой механики: суперпозицию и квантовую запутанность, квантовую хрупкость и некопируемость. Затем эксперт объяснил принцип работы квантового компьютера и рассказал о широких возможностях, которые он даёт: «Это ответы на глобальные вызовы современности в области кибербезопасности, оптимизации больших данных, создании новых материалов и новых лекарств, следующий уровень в развитии систем искусственного интеллекта».

Но квантовые компьютеры могут нести в себе и угрозу. О ней Дмитрий также рассказал: «Квантовые компьютеры могут взломать современные системы защиты данных. Наши банковские транзакции, переписки во всех мессенджерах, беспилотный транспорт и даже кардиостимуляторы. Но учёные уже создали щит от квантового компьютера в лице квантовых коммуникаций. Это уже существующие системы, которые внедряются и позволяют нам не переживать за безопасность квантовой эры».

Квантовые коммуникации – это тоже современные квантовые технологии. Этот вид коммуникаций не позволяет незаметно осуществлять перехват данных. Информация в виде квантов передаётся через оптический кабель, спутник или открытое пространство.

Ещё одно направление квантовых технологий второго поколения – квантовые сенсоры. Они позволяют с недоступной ранее точностью исследовать окружающий мир: искать полезные ископаемые, предсказывать землетрясения, проводить сверхточные медицинские операции и даже использовать интерфейс мозг-компьютер.

Завершил лекцию эксперт рассказом о национальных квантовых программах разных стран и о российских Дорожных картах по развитию квантовых вычислений и квантовых коммуникаций, рассчитанных на 2020-2024 годы. Они завершились созданием российского 50-кубитного квантового компьютера. Теперь новая цель российских учёных – к 2030 году сделать квантовый компьютер экономически эффективным и способным решать полезные задачи.

Студент СГТУ Дмитрий Вехов рассказал, что его привело на лекцию о квантовых технологиях: «Я долгое время интересовался квантовой физикой, и когда увидел объявление о лекции, сразу зарегистрировался и ни капельки не пожалел. Поговорить с человеком, который занимается квантовыми технологиями и посвятил им большую часть своей жизни, было очень интересно. Дмитрий ответил на многие мои вопросы, а после лекции мы даже смогли обсудить взаимосвязь физики сверхмалых и сверхмассивных объектов».

Познакомиться с наукой в более неформальной обстановке смогли участники научно-юмористического ток-шоу «Наука в мемах». Это шоу, в ходе которого эксперты рассказывают, в чём заключается смысл шутки, и объясняют, какие явления и термины стоят за юмористическими картинками.

Началось ток-шоу с выступления Максима Червякова – к.г.н., заведующего кафедрой метеорологии и климатологии СГУ имени Н.Г. Чернышевского, члена Саратовского отделения РГО, руководителя Молодёжного клуба РГО Саратовской области. С помощью мемов Максим разоблачил стереотипы о работе гидрометцентров и рассказал, почему погода такая изменчивая. Отдельное внимание он уделил проблеме глобального потепления и таянию арктических ледников, необходимых для жизни белых медведей.

Объяснением квантовой физики через мемы занялся Дмитрий Чермошенцев. Учёный объяснил, почему свет – это одновременно и частица, и волна, а также почему в квантовом мире объект может находиться одновременно в двух противоречащих друг другу состояниях. Эксперт рассказал, как с помощью носков можно объяснить квантовую запутанность. «А вот квантовая запутанность. Её очень легко понять. Вот ты встал утром, надеваешь носок. Как только ты надел носок на левую ногу, второй тут же стал правым», – гласил текст на картинке с Эйнштейном. Без мемов о котиках не обошлось – ими Дмитрий объяснил принцип работы квантового компьютера.

Мемы о биологии разобрала Эльмира Кайбелева – к.б.н., доцент кафедры генетики биологического факультета СГУ имени. Н.Г. Чернышевского. Начала эксперт с основы всего живого – молекул ДНК и РНК. Оказывается, объяснить их структуру можно с помощью локонов волос: две пряди, скрученные в один локон – двойная спираль ДНК, хранящая генетическую информацию об организме, а один локон в спирали – РНК, помогающая передавать эту генетическую информацию. Эльмира объяснила, что некоторые люди не любят запах кинзы из-за поломки в одном гене, а также рассказала о «неубиваемых» тихоходках и студенческих лайфхаках по запоминанию латинских названий животных и растений.

Алексей Новожилов поделился впечатлениями о ток-шоу: «Все спикеры очень понятно и доходчиво объясняли мемы. Особенно мне понравился Максим Червяков, на его выступления я прихожу не первый раз. Сегодня он рассказывал о том, как метеорологи изучают атмосферные явления и как вообще формируется погода. Очень приятно было узнать, что метеорологи активно взаимодействуют друг с другом вне зависимости от стран. Из выступления Эльмиры Кайбелевой мне больше всего запомнилась часть про тихоходок и эксперименты биологов над ними».

А старшеклассница Варвара Поккине отметила «квантовые мемы»: «На ток-шоу решила прийти, чтобы почерпнуть для себя что-то новое по теме квантов. Из ток-шоу я узнала много нового о квантовых компьютерах. Больше всего мне понравился мем с Арагорном из “Властелина колец”, который говорит: “Нельзя так просто взять и понять квантовую запутанность!”».

Выступления Дмитрия Чермошенцева прошли в рамках проекта «Энергия науки». Это федеральный проект сети ИЦАЭ, направленный на популяризацию науки в регионах. В рамках выездных сессий на площадках Информационных центров по атомной энергии организуются лекции и дискуссии с участием ведущих российских ученых, популяризаторов науки, научных журналистов и экспертов, которые рассказывают о самых передовых экспериментах и теориях, открытиях и гипотезах.

Идея проекта — дать возможность обычным людям, далёким от науки, задать вопрос и даже поспорить с учёными, чтобы наука перестала быть для них чем-то далёким и скучным, а приобрела вполне конкретные очертания и лица. И конечно, проект позволяет формировать у аудитории широкую картину современной научной жизни.

Информационным партнёром мероприятия «ИЦАЭ OPEN: квантовый век» выступает «Радио Гордость» – первая федеральная музыкально-информационная радиостанция, ориентированная на патриотическую тематику.