Квантовый инжиниринг

Профиль НТО Квантовый инжиниринг знакомит участников с научно-технологическим направлением, цель которого в преобразовании результатов поисковых исследований в области квантовых технологий в конечный продукт.

Сфера квантовых исследований находится на стадии бурного развития: вместе с постепенным пониманием общества потенциала квантовых технологий формируется все более активный запрос на готовые устройства со стороны конечных пользователей. В эту отрасль приходят крупные инвестиции, составляются дорожные карты ее развития на государственном уровне. При этом основной вес квантовых технологий все еще приходится на научные исследования. Для дальнейшего развития квантовой отрасли необходимы уникальные специалисты — квантовые инженеры, сочетающие компетенции исследователей и инженеров.

Технологическая задача, которую решают участники профиля на заключительном этапе, представляет собой наглядный пример того, с какими вызовами приходится сталкиваться квантовым инженерам.

Каждая команда финалистов — это коллектив квантовых инженеров. Она получает «заказ» на создание квантового устройства, которое отвечает заданным техническим характеристикам (техническому заданию). Участникам необходимо:

1. разобраться с техническим заданием;
2. разработать и просчитать схему будущего устройства;
3. собрать и наладить установку;
4. снять показания измерительных приборов;
5. обработать полученные результаты, избавившись от шумов и получив физически осмысленные данные;
6. составить подробный отчет, продемонстрировав глубокое понимание всех этапов работы;
7. презентовать свой проект «заказчику», кратко и ярко представив готовый результат.

Поскольку квантовый инжиниринг — новая сфера деятельности, обязательной частью работы профиля является широкое вовлечение школьников в эту область. Эта задача решается с помощью «Урока НТО», а также через популяризацию профиля в социальных сетях.

Зарегистрировавшиеся на профиль школьники получают доступ к специально созданному для НТО образовательному курсу на платформе Stepik. Он включает серию коротких видеоуроков с заданиями для самостоятельного решения, которые знакомят школьников с базовыми понятиями и принципами квантовой физики — основой квантовых технологий.

Параллельно с инженерным туром участники решают задачи предметных туров по физике и информатике — дисциплинам, необходимым для осмысления и решения физической задачи и обработке «сырых» экспериментальных данных.

На втором отборочном этапе участники переходят к расчетам элементной базы, из которой строятся квантовые устройства. Так, в случае, когда задача финала выполняется на открытой оптике, им предлагается:

• научиться проводить расчеты для оптических схем из зеркал и светоделителей, источников лазерного излучения;
• рассчитывать необходимую аттенюацию излучения;
• учитывать неидеальности детекторов фотонов;
• обрабатывать зашумленные данные с осциллограмм и в ходе анализа извлекать из них физически осмысленную информацию.

Образовательная траектория продолжается на заключительном этапе в виде мастер-классов по работе с научно-технологическим оборудованием, которое предоставляется участникам для решения задачи. Поскольку лазерное излучение является источником повышенной опасности, особое внимание уделяется обучению правилам техники безопасности и грамотному обращению с оборудованием.

Полученные на мастер-классах и предыдущих этапах Олимпиады знания и навыки участники применяют для создания собственного квантового устройства «с нуля». Перед тем как приступить к выполнению командной инженерной задач, финалисты освежают необходимые знания в области физики и информатики, выполняя задания индивидуальных предметных туров.

Профиль соответствует дорожной карте развития в России сквозной цифровой технологии «Квантовые технологии» и способствует расширению кадрового потенциала в этой отрасли. Участие в Олимпиаде, в том числе через профориентационные мероприятия от партнеров, формирует у школьников целостное представление о профессии будущего — квантовом инженере.

Специализация в этой сфере и смежных областях, таких как лазерная физика и фотоника, — это гарантия востребованности на рынке труда, приобретения интересной и нужной работы. Победители и призеры получают дополнительные льготы при поступлении в НИЯУ МИФИ, в частности, на программу бакалавриата «Квантовый инжиниринг» (направление 03.03.01 Прикладные математика и физика).