Квантовые технологии: состояние и перспективы

Цели и задачи дисциплины

Цель дисциплины - изучение принципов описания квантовых систем в связи с задачами извлечения, обработки и передачи информации, а также основных направлений развития и достижений в области квантовой инженерии – технической реализации ресурсов, возникших в результате «второй квантовой революции». Задачи курса состоят в изучении: методов описания состояний квантовых систем и измерений, производимых над ними, способов интерпретации результатов, квантовых эффектов, сопровождающих процессы извлечения, преобразования и передачи квантовой информации, использование квантовых эффектов для создания устройств метрологии, сенсорики, телекоммуникации и вычислительной техники, современного состояния в промышленном освоении квантовых информационных систем.

Краткое содержание дисциплины

Появившаяся в физике в начале ХХ века концепция квантов является величайшим достижением в новейшей истории человечества . Она совершили переворот не только в области естественных наук, но также и в вытекающих из них технологиях и, следовательно, в жизни общества в целом. Базовые принципы концепции были разработаны и математически формализованы к 30-40 годам в виде количественной теории, называемой квантовой механикой. В следующие 30-40 лет происходило быстрое освоение ее предсказательного ресурса, приведшее к созданию новых отраслей физики ( атомной и ядерной физики, физики элементарных частиц, квантовой оптики) и химии (квантовая химия). В это же время были созданы и развиты квантовые методы описания свойств конденсированных тел, чем была заложена основа современного материаловедения и, в частности, физики полупроводников. Использование последних в электронике привело к необычайно быстрому прогрессу в вычислительной технике, средствах связи, сенсорике. Этот период в развитии физики и технологий теперь называют "первой квантовой революцией", поскольку в 70-80-е годы казалось, что инновационный потенциал квантовой механики уже исчерпан и второй революции не будет. Однако к концу ХХ века стало понятно, что это не так. Оказалось, что некоторые предсказания квантовой механики, несовместимые со "здравым физическим смыслом" (парадоксы), реализуются в экспериментах и могут быть использованы для создания новых удивительных технологий извлечения, обработки и передачи информации - квантовых технологий. Развитие этих технологий является содержанием "второй квантовой революции". В настоящем курсе дается описание основ квантовых технологий и обзор современного состояния их практической реализации.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Выпускник должен обладать:

ОПК-1 Способен использовать положения, законы и методы естественных наук и математики для решения задач инженерной деятельности