Квантовая физика становится производительной силой, закладывая основу квантовых индустриальных технологий. Она включает квантовые информационные технологии, квантовую связь и криптографию, квантовые нейронные сети в искусственном интеллекте, программирование квантовых машин, создание новых материалов и устройств, таких как управляемые фотонами молекулы памяти, квантовые однофотонные сенсоры для исследования Вселенной, литография для создания квантовых битов (кубитов) — процессоров квантового компьютера, и многие другие.
Новая наукоемкая область квантовой индустрии открывает широкие возможности для самореализации и развития талантов, для построения цифровой экономики и создания российской микроэлектронной индустрии.
В рамках отборочного этапа участникам предстоит решать задачи по практическим квантовым вычислениям.
Они будут решать проблему освоения принципов помехозащищенных квантовых вычислений. Участникам будет предложено продемонстрировать общий принцип построения произвольных однокубитных квантовых вентилей с помощью ограниченного набора доступных однокубитных вентилей.
Участникам предстоит искать траекторию на сфере Блоха, по которой происходит переход кубита из начального квантового состояния в конечное под воздействием последовательности квантовых вентилей H и T.
В рамках инженерного тура участники познакомятся с образовательными материалами по профилю: управлением квантовыми процессорами; отображением эволюции состояния кубита под воздействием квантовых вентилей с помощью траектории на сфере Блоха.
В итоге они создадут таблицу координат траектории вектора состояния кубита при выполнении последовательности чередующихся вентилей H и T.
В финале участникам предстоит решать квантово-инженерную задачу — оптимизировать схему усилителя СВЧ сигнала с квантовым уровнем собственного шума (применяется для исследования космических излучений и т.п.) на основе сквида постоянного тока. Чувствительный элемент (сквид) помещен в низкотемпературный криостат с температурой, которая обеспечивает низкие тепловые шумы (меньше квантовых).
Предварительная часть задания — оценить интенсивность производства фотонов при слабой модуляции переменного тока через сквид при заданной температуре усилителя.
Вторая часть задания — расчет получаемого коэффициента усиления сигнала при различной величине и частоте модуляции тока через сквид.
Итогом работы на заключительном этапе станет схема усилителя сигнала на базе сквида для детектора одиночных фотонов
Требования к технологическим знаниям, базовым навыкам и компетенциям участников заключительного этапа:
Знание основных принципов и владение методами математического анализа, линейной алгебры, понятием комплексных чисел, а также электродинамики, квантовой механики и статистической физики в объеме начальных курсов технического университета.
Знание классического определения импеданса.
Умение самостоятельно учиться пользоваться программными пакетами. Например, пакет Microwave Office используется радиоинженерами для решения задач разработки различных видов радиочастотных и СВЧ устройств.
Наличие представления о резистивной модели джозефсоновского контакта двух сверхпроводников, разделенных туннельным переходом — RSJ-модель.
Умение пользоваться графическими программами для построения графиков функций на основе таблицы с данными
Умение строить графики вычисленных зависимостей, в частности, график вольт-амперной характеристики джозефсоновского перехода.
Численность участников команды: 4–5 человек.
Роли и необходимые компетенции:
