تعد فيزياء الكم وتقنيات الكم مجالات تقدمية للغاية في العلوم والتكنولوجيا - معقدة ومثيرة للاهتمام ، وتغطي الاتصالات الآمنة ، وأجهزة الاستشعار فائقة الحساسية ، وأجهزة الكمبيوتر العملاقة ، وحتى الطب الشخصي في المستقبل. رئيس مختبر «هندسة الكم للضوء» في جامعة جنوب ألأورال الحكومية ، دكتوراه في العلوم الفيزيائية والرياضية ، أستاذ جامعة موسكو الحكومية باسم لومونوسوف تحدث سيرجي كوليك عن تطور تقنيات الكم اليوم ، وكذلك عن ماهية استكشاف الأشياء التي لا وجود لها في عالمنا.
- سيرغي بافلوفيتش ، ما هي أهم الأحداث التي تحدث في فيزياء الكم ، في تقنيات الكم؟
- ربما كان أهم حدث - هى جائزة نوبل العام الماضي للأبحاث في مجال الحالات المتشابكة. نحن نتحدث عن حالات كمية محددة - حالات متشابكة. هذه الحالات عبارة عن حالات موارد ، أي ، على أساسها ، يمكن القيام بشيء عملي - في هذا العلم ، تسمى هذه الإجراءات عادةً بروتوكولات. البروتوكول هو مجموعة من الإجراءات التي تؤدي إلى نتيجة محددة. على سبيل المثال ، هناك ثقب تشفير كمي ، بروتوكول نقل عن بعد كمي ، إلخ. وقد مُنحت جائزة نوبل لتطوير وبحث هذه الحالات على مدى عدة عقود. هذا هو بالضبط ما نفعله هنا في جامعة جنوب الأورال الحكومية ، وفي جامعة موسكو أيضًا. وهذا مهم للغاية: فهو يلهم ويظهر أن المجتمع الدولي قد قدر مساهمة العلماء في هذا الاتجاه. من الصعب التحدث عن هذه الحالات في مقابلة علمية قصيرة ، لأنه لا يوجد نظائر في العالم الكلاسيكي الذي نعيش فيه. هذه أشياء ببساطة لا وجود لها في عالمنا. لذلك ، يجب ألا تحاول فهمها ، ما عليك سوى قبولها والإيمان بها.
- ما الذي فعلته فيزياء الكم وما تفعله الآن؟ إذا كنت تستطيع شرح ذلك بطريقة أو بأخرى أكثر شعبية من الناحية العلمية.
- انظر ، لقد مرت فيزياء الكم بعدة مراحل في تطورها. بدأت باكتشاف ماكس بلانك الذي تنبأ ووصف خصائص نظرية الإشعاع. وكانت المرحلة الأولى أو الثورة الكمومية الأولى هي اللحظة التي تمكن فيها العلماء من شرح والتنبؤ بالتأثيرات التي تسمى جماعية أو مجموعة - بمشاركة عدد كبير من الأجسام الكمومية: الذرات والجزيئات والأيونات والفوتونات. وخير مثال على ذلك القنبلة الذرية. واليوم هو في الواقع أي عنصر يعمل على 220 فولت نستخدمه: جهاز كمبيوتر ، هاتف ذكي ، نوع من مؤشرات الليزر - كل هذا هو فيزياء الكم ، تقنيات الكم. وهذا هو المعلم الأول - التأثيرات الجماعية ، عندما يكون هناك الكثير من الأجسام الكمومية.
ومنذ نهاية القرن الماضي تقريبًا ، كنا نعيش في عصر ما يسمى بالثورة الكمومية الثانية: تمكن العلماء التجريبيون من الوصول إلى الأشياء الكمومية الفردية. كل نفس الفوتونات ، الأيونات ، الجزيئات ، جهات الاتصال الموصلة - فقط منفردة. واتضح أن دراسة خصائص مثل هذه الأشياء الفردية تبشر بآفاق كبيرة في الحوسبة الكمومية ، والتواصل الكمي ، وحساسات الكم.
- هل تعتقد أن فيزياء الكم - أكثر صعوبة أو إثارة للاهتمام ، إذا كان من الممكن على الإطلاق تطبيق مثل هذه الفئات في هذا المجال؟
- إنها صعبة ومثيرة للاهتمام. تحصل على بديل: إما أن تحاول فهم كيفية عمله ، ومن ثم يكون أحد الخيارات لحياتك المستقبلية - هو منزل مجنون ، لأنه من المستحيل فهمه. أو حاول قبوله ، يؤمن بوهر وهايزنبرغ وشرودنجر بتطوراتهم- آمن حرفيًا بما فعله العلماء الآخرون واستخدمها في عملك. لذا ، نعم ، إنها صعبة ومثيرة للاهتمام في نفس الوقت. من المثير للاهتمام محاولة تطبيق شيء لا يستطيع أحد فهم كيفية عمله. على سبيل المثال ، الكائن الكمي ، على سبيل المثال ، الإلكترون ، ليس له مسار ، أي أنه من المستحيل معرفة موقعه وزخمه في نفس الوقت. أي في الميكانيكا الكلاسيكية ، إذا أخذت حصاة ورميتها ، يمكنك في أي وقت معرفة ما هو إحداثياتها ومتجه سرعتها. وفي ميكانيكا الكم ، إذا رميت إلكترونًا وقمت بقياس إحداثياته بدقة في نقطة ما ، فلا يمكنك قول أي شيء عن اتجاه وحجم الزخم. إنه محظور فقط بموجب القانون. من ناحية أخرى ، غالبًا ما يكون من الممكن إيجاد مقارنات للحالات الكمومية. ومثل هذه المقارنات تساعدنا فقط على البقاء على قيد الحياة وعدم الشعور بالجنون تمامًا.
- لماذا اخترت فيزياء الكم ذات مرة لتكون اتجاهك العلمي؟
لقد حدث أنني لم أختر. والدي ، وهو أيضًا فيزيائي حسب المهنة ، أرسلني إلى قسم الفيزياء بجامعة موسكو الحكومية ، ولم أتحدث حقًا عن المكان الذي يجب أن أذهب إليه. وفي سنتي الثانية ، انتهى بي الأمر بالصدفة في المختبر ، حيث لا يزال بإمكاني أن أكون كذلك. في هذا المختبر ، تعاملوا فقط مع مشاكل ميكانيكا الكم. وقد أحببت العمل هناك كثيرًا ، وكان غير عادي جدًا ، وكان هؤلاء الأشخاص هناك جيدين من الناحية الإنسانية والمهنية ، وبقيت هناك ، وتعودت على ذلك وما زلت أفعله.
- وماذا يمكنك أن تقول عن تطور هذا الاتجاه في جامعة جنوب الأورال الحكومية؟ ما هي المشاريع التي يتم تنفيذها الآن؟
- تواصل جامعة جنوب الأورال الحكومية ، لحسن الحظ ، تقاليد مدرسة بوريس ياكوفليفيتش زيلدوفيتش وطلابه ، الذين يشكلون هذه المدرسة. ولكن كان هناك في الغالب ، ومن المهم أن نتذكر ، علماء نظريون. وفي فيزياء الكم ، هناك حاجة أيضًا إلى البحث التجريبي. عندما بدأت في الجمع بين العمل في كل من جامعة موسكو الحكومية وجامعة جنوب الأورال الحكومية ، حاولنا صياغة بعض الاتجاهات المفاهيمية التي يمكننا التحرك فيها من حيث التجارب. نحن الآن نعمل بشكل تجريبي على أحد التأثيرات الرئيسية للبصريات الكمومية - تأثير الفوتون المضاد للارتباط. التجربة مستمرة منذ حوالي 9 أشهر ، وخلال الأسبوعين الماضيين ، كما يقولون ، بدأت العملية! أعتقد أن المجربين من جامعة جنوب الأورال الحكومية يعملون بكرامة طوال هذا الوقت ، لقد أصبحوا بالفعل باحثين مستقلين تمامًا. انها مهمة جدا. وأيضًا - وأنا أقول هذا باستمرار - نحن بحاجة إلى متخصصين شباب. من الضروري جذب الطلاب بكل طريقة ممكنة والحفاظ على الأفضل منهم.
- مجرد سؤال حول المهنيين الشباب: كم منهم يأتون إلى هذا المجال الآن؟
- الطلاب والعلماء الشباب يأتون ببطء. لكن مسألة الموظفين والمهنيين لا تزال حادة للغاية ، ولا تزال مشكلة. وليس فقط من حيث حضور المتخصصين الشباب أم لا. إن مستوى تدريب هؤلاء الأشخاص مهم جدًا. بشكل عام ، تعد جميع تقنيات الكم موضوعًا معقدًا للغاية ومشبعاً للغاية بالعلوم والتكنولوجيا. ويستغرق الأمر خمس سنوات على الأقل لتدريب متخصص مؤهل في هذا المجال. الأقل. وبالطبع ، يجب أن يعرف هذا المتخصص الأقسام العامة للفيزياء مثل ميكانيكا الكم ، والفيزياء الإحصائية ، والديناميكا الحرارية ، إلخ. كل هذا يجب أن يكون في نظام التعليم. ونحن نحاول القيام بذلك الآن: على سبيل المثال ، يتم تطوير برامج البكالوريوس والماجستير الجديدة في جامعة جنوب الأورال الحكومية. هذه عملية مهمة للغاية تساهم في التطوير النوعي لهذا المجال في جامعة جنوب الأورال الحكومية. نعم ، لن تكون هناك نتائج سريعة. لكن العملية جارية. هذا هو الشيء الرئيسي.
- بطريقة أو بأخرى ، نسمع بشكل دوري عبارة مثل الكمبيوتر الكمومي. ما هو؟ وما مدى قرب هذه الظاهرة من أن تصبح حقيقية؟
- لقد أشرت بالفعل إلى اتجاه الحوسبة الكمومية كواحدة من التقنيات الفرعية الثلاثة لتقنيات الكم. يجب أن يؤدي تطوير هذا الاتجاه إلى إنشاء أجهزة الحوسبة الكمومية ، وهي كمبيوتر كمومي. بشكل عام ، هذا نوع من الأجهزة التي تعمل على أساس قوانين ميكانيكا الكم والتي ، كما اتضح فيما بعد ، يمكن أن تزيد بشكل كبير من سرعة أجهزة الحوسبة. لكنها تتعلق بشكل أساسي بفئة معينة من المشكلات الرياضية - التحسين أو التعداد: عندما تحتاج إلى معالجة كمية كبيرة من البيانات وفقًا لبعض المعايير وإيجاد الحل المناسب. هناك العديد من هذه المهام في الحياة. على سبيل المثال ، مشكلة البائع المتجول: عندما يتعين على البائع أن يتجول في عدد ثابت من المدن بأكثر الطرق إفادة من الناحية اللوجستية. وإذا كان هناك أكثر من 40 مدينة من هذه المدن ، فلا يوجد جهاز كمبيوتر كلاسيكي فائق القوة يمكنه حل مشكلة تحسين المسار هذه. وإذا كان هناك ، على سبيل المثال ، 100 من هذه المدن ، فعندئذٍ أكثر من ذلك. على الرغم من أن هذه ليست أعدادًا كبيرة حتى الآن موجودة في تلك المهام ، إلا أن حلها مهم اليوم. الكمبيوتر الكمي ، إذا تم إنشاؤه ، سيحل هذه المشكلة.
هذه أيضًا مهام متعلقة بعلوم المواد ، وتركيب مواد جديدة ، وأدوية شخصية - الطب الشخصي ، وخوارزميات لاتخاذ القرار الصحيح ، وما إلى ذلك.
الآن يتجه العالم ببطء نحو إنشاء أجهزة كمبيوتر كمومية منخفضة الطاقة. لكن حتى الآن لا نتحدث عن حقيقة أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية الصغيرة الموجودة بالفعل ستتجاوز نظيراتها الكلاسيكية في قدراتها. وأنا لا أحب عمل التنبؤات. أفضل الصياغة التي تقول إن كل شيء يعتمد على مدى رغبة الطبيعة في إعطائنا أسرارها. هذا ، بالطبع ، مثير للشفقة وإنساني إلى حد ما. بينما نحن نكافح ، والنتائج لا تزال متواضعة للغاية. لكن الحركة تقدمية. إلى الأمام نحو مستقبل أكثر إشراقًا.
في 7 يونيو ، ستعقد ندوة علمية وعملية حول موضوع «تقنيات الكم» في جامعة جنوب الأورال الحكومية. المنظم الرئيسي للندوة - سيرغي كوليك.
سيناقش الجزء العلمي من الندوة تطوير تكنولوجيا الحوسبة الكمومية ، وتطوير وإنشاء شبكة كمية مشتركة بين الجامعات ، بالإضافة إلى قضايا تدريب الموظفين على التطبيق العملي لتقنيات الكم ، وتنفيذ مشاريع تجريبية تعتمد على البنية التحتية للاتحاد الدولي لحفظ الطبيعة.
في الجزء العملي من الندوة ، سيتم النظر في جوانب تطبيق تقنيات الكم في مجال أمن المعلومات.
تركز الندوة بشكل أساسي على المنظمات الصناعية والمالية في المنطقة - المؤسسات الصناعية والبنوك والهيئات الحكومية.
تجدون هنا: برنامج الندوة وملخصات تقارير المشاركين.