Мы живем в эпоху второй квантовой революции. Это время, когда наука и техника достигли такого уровня, что стало возможным прямое управление индивидуальными состояниями отдельных квантовых частиц, таких как атомы, фотоны, электроны. Разработаны первые работающие прототипы квантовых компьютеров, квантовых симуляторов, систем квантового распределения ключа и квантовых сенсоров.
Дальнейшее развитие квантовых технологий требует появления новых специалистов — квантовых инженеров. Специалист в области квантового инжиниринга должен не только обладать глубокими знаниями в квантовой физике, но также иметь навыки практической работы с компонентами квантовых систем, в том числе строить и проектировать оптические схемы.
В рамках профиля НТО «Квантовый инжиниринг» участники познакомятся с полным спектром компетенций, необходимых квантовому инженеру. Они разберутся в базовых понятиях и явлениях квантовой физики, лежащих в основе квантовых технологий, а также приобретут ценные навыки работы с оптическими компонентами, используемыми во многих квантовых устройствах. Участники научатся рассчитывать параметры оптических схем, используемых при создании квантовых устройств, строить эти схемы, анализировать получаемые с помощью них результаты и составлять соответствующую техническую документацию.
На первом этапе участники решают задачи по информатике и физике в области оптики и фотоники.
Для погружения в профиль “Квантовый инжиниринг” участникам будет предложено пройти образовательный курс, знакомящий с основами (квантовой) оптики и современным состояниям квантовых технологий, познакомиться с отдельными базовыми элементами квантово-оптических схем, принципом работы генератора одиночных фотонов, источниками лазерного излучения, детекторами одиночных фотонов, фазовыми пластинами, фильтрами и т.д. Они научатся интерпретировать данные, получаемые с систем регистрации и проектировать оптические схемы.
Цель курса — дать участникам представление о том, какое значение имеют квантовые технологии в современном мире и представить им области применения устройств такого типа. Кроме того, они получат знания об интерферометрии и сопутствующих квантовых эффектах (суперпозиция, запутанность и т.п.).
В рамках инженерного тура участники будут индивидуально выполнять задания, связанные инженерно-физическими расчётами параметров отдельных элементов квантово-оптических схем и проектирования общих схем. При этом будут проверяться следующие инженерные компетенции: знание оптики, физики колебаний и волн, умение программировать.
Второй этап профиля будет посвящен проведению участниками инженерно-физических расчетов различных интерферометрических схем; обработке готовых данных, получаемых на таких устройствах.
Задачи второго этапа знакомят участников с различными видами интерференционных схем, их характеристиками, возможными способами изменения их параметров, а также с паттернами данных, которые получаются при работе с квантовооптическими устройствами. Полученные навыки и знания они смогут применить для создания своего устройства на финальном этапе.
Помимо успешного усвоения материала первого этапа, для подготовки к этапу рекомендуется:
Одним из важнейших элементов оптических реализаций квантовых вычислительных систем, систем квантовой коммуникации и квантовой сенсорики является интерферометр. Существует целый ряд различных схем интерферометров с широкой вариативной частью, позволяющей адаптировать его под конкретную практическую задачу.
В финале участники получают информацию о квантово-технологической системе, в которой предполагается использование интерферометра, а также ряд технических требований к готовому устройству.
Задача участников состоит в том, чтобы разработать систему, отвечающую требованиям, собрать ее и промерить характеристики, продемонстрировать работоспособность, подготовить соответствующую техническую документацию (отчет).
Физика: линейная оптика, волновая оптика, базовые знания в области квантовой физики;
Программирование: алгоритмы и структуры данных, статистические методы обработки информации.
Знания в области оптики:Необходимо иметь представление о таких понятиях, как показатель преломления вещества, коэффициент поглощения, угол падения/отражения. Понимать принцип работы полупрозрачных и 100% зеркал, линз и простейших объективов.
Знания в области фотоники: Оперировать понятиями: энергия, мощность, затухание, интенсивность, и знать такие единицы измерения как Дж, Вт.
Знания в области физики колебаний и волн: Знать и уметь оперировать понятиями: длина волны, частота света, фаза. Уметь работать с периодическими функциями (sin, cos и т.д.).
Навык настройки оптических схем (умение работать с тонко подстраиваемыми элементами).
Навык работы с осциллографом (умение интерпретировать результат, устанавливать параметры для корректной визуализации).
Программирование (написание кодов, позволяющих анализировать данные в формате txt, убирать шумы, определять погрешности получаемых величин).
Знания в области оптики (понимать принцип работы оптического волокна, фазовых пластинок, фотоприемников. Понимать природу шумов фотоприемного устройства и уметь их отсекать).
Знания в области фотоники (понимать суть явления интерференции, как однофотонной, так и многофотонной. Понимать принцип работы фотоприемных устройств. Уметь интерпретировать изменения в интерференционной картине при изменении длины одного из плечей).
Для участия во втором и заключительном этапах вам понадобится команда из 3-4 человек.
