ЧТО ВЫБЕРЕТ АРМЕНИЯ НА ПОРОГЕ КВАНТОВОЙ ЭРЫ?

В интервью «ГА» директор Инженерно-физического института Российско-Армянского университета, профессор Санкт-Петербургского политехнического университета им. Петра Великого Айк САРКИСЯН говорит о необходимости безотлагательной подготовки специалистов в области квантовых технологий в Армении. 

- Г-н Саркисян, какие из задач, стоящих перед системой высшего образования, вы считаете наиболее актуальными сегодня?

- Человечество переходит к новому этапу технологического развития, когда основой приборной базы будущего станут устройства, работающие с использованием квантовых закономерностей, что потребует подготовки высокопрофессиональных специалистов для работы в этой области. Это значит, что квантовая физика и квантовая механика в частности, начинают приобретать особо важную роль и это обязательно должно отразится в вузовских учебных программах. В первую очередь это касается вузов технологической направленности и естественно-научных факультетов. Когда в начале ХХ века мир стал переходить на электрические приборы и двигатели, система образования стала готовить специалистов, способных их эксплуатировать, то есть в учебные программы вузов были включены такие курсы, как теория электричества, теория цепей, техническая электродинамика. Потом наступило время полупроводников и в учебные программы вузов были введены курсы, представляющие свойства различных материалов, началась подготовка специалистов по транзисторам и интегральным схемам. Система вузовского образования должна быть гибкой, способной оперативно реагировать на новые научно-технические достижения, смену приоритетов и выполнение новых задач. Только в этом случае можно говорить о качественном образовании, способном готовить специалистов, обеспечивающих технологическое развитие. Сегодня, когда появляются квантовые приборы, необходимо разрабатывать и вводить новые учебные программы и курсы для подготовки специалистов по квантовым технологиям. Причем, квантовый мир совершенно особый, он имеет абсолютно уникальные закономерности. Квантовая механика, описывающая закономерности субатомного и атомного миров, совершенно уникальная наука, которая по многим позициям входит в абсолютное противоречие с нашими обыденными представлениями об окружающем мире, то есть квантовые явления резко отличаются от тех, которые действуют в области классической физики. Это свидетельство того, что физика микроскопического мира существеннейшим образом отличается от физики макромира.

- Но, наверное, это имеет свои физические объяснения?

- Глубинно представить эти закономерности, саму их суть практически невозможно, мы просто знаем о них и пытаемся переложить на понятный для нас язык. Тут уместно процитировать выдающегося советского физика-теоретика Льва Ландау: «Может быть величайшим триумфом человеческого гения является то, что человек может понять вещи, которые он уже не в силах вообразить». Если в макромире можно написать динамические уравнения эволюции системы и точно рассчитать, как она будет вести себя в последующие моменты времени, например, как тело будет двигаться дальше по траектории, то в квантовом мире все это описывается в рамках вероятностной интерпретации, поэтому возникает масса очень сложных вопросов. Эти закономерности надо изучать, но поскольку в микромире совершенно другие законы, то основным используемым механизмом становится математика. Нужно найти правильные математические модели этих систем, а потом попытаться правильно решить соответствующие уравнения, чтобы адекватно интерпретировать экспериментальные результаты. Квантовая механика легко может «обмануть» нашу интуицию!

- То есть речь идет об известных закономерностях, которые наука пока не в состоянии объяснить?

- Такова природа вещей, в частности то, что микроскопические частицы обладают наравне с корпускулярными также и волновыми свойствами, поэтому микромир существенно отличается от макромира. Квантовая частица – очень сложный объект.  Относительно обычной классической частицы мы знаем, какова ее скорость и, одновременно, где она находится, а в квантовом мире мы уже не можем говорить точно ни о скорости, которой она обладает, ни о месте ее нахождения.  Это в принципе невозможно. Тут соотношение неопределенности Гейзенберга, которое накладывает серьезные ограничения на характер поведения квантовых частиц.

- То есть вы утверждаете, что эти явления уже становятся областью интересов инженерных наук?

- Да, потому что мир переходит к созданию и использованию приборов работающих на основе квантовых закономерностей. В частности, такая ситуация возникает с полупроводниковыми наноструктурами, которые изучаются специалистами в области нанотехнологий. Явления, происходящие внутри наноструктур, интерпретируются на основе квантовой механики, квантовой теории твердого тела. Значит, квантовая механика становится инженерной наукой, имеющей конкретное прикладное значение в приборостроении. Поэтому очень важно подготовить корпус инженеров совершенно новой и высокой квалификации, которые должны, понимая закономерности квантового мира, проводить эксплуатацию приборов нового поколения. В этой связи необходимо разрабатывать новые программы, учебники, учебные планы, методические материалы для студентов технических вузов, которые должны будут специализироваться, например, в области электроники.

- Наверное, необходимо внести изменения и в школьные программы?

- Хотя бы в старшей школе нужно переформатировать преподавание курса атомной физики. Какие-то шаги были предприняты, но надо идти дальше, углублять изучение этих вопросов и, конечно же, пересмотреть курс обшей физики, преподаваемый в технических вузах Армении.  Традиционно основное внимание обращается на механику, молекулярную физику, электродинамику и оптику, а атомная и тем более квантовая физика фактически мало доступны студентам технических вузов. Есть ряд технических специальностей, по которым необходимо углубить и расширить знания в области квантовой физики, потому что только на этой основе специалисты смогут понимать работу тех устройств и приборов, работа которых основана на квантовых эффектах.

- Понятно, что уже в недалеком будущем появятся квантовые компьютеры, которые принципиально изменят нашу жизнь и возможности решения наиболее актуальных задач человечества. То есть необходима подготовка кадров и в этой области…

- Вопросы, связанные с квантовыми компьютерами, приобретают первостепенное значение, а работа которых основана на явлении квантового запутывания. Необходимо пользоваться квантовыми алгоритмами. Это значит, что специалист, пишущий программу для квантового компьютера, должен обладать глубокими знаниями по квантовой механике, чтобы понять, как эта машина работает. Появление квантового компьютера станет уже не количественным, а качественным скачком в технологическом развитии человечества и решении его актуальных проблем, в том числе в области медицины. Появятся возможности лечения тяжелых заболеваний, которые сегодня уносят миллионы человеческих жизней.

Вообще, квантовые технологии создадут возможности решения других важных проблем, например, связанные с освоением космоса. Уже сейчас понятно, что на основе искусственных атомов будут созданы новые светодиоды несравнимо большей экономичности и длительности бесперебойной работы. Это может значительно увеличить длительность космических полетов и их безопасность. Разумеется, и, несомненно, в первую очередь эти исследования отразятся на области военных разработок, обеспечении безопасности. Связь станет абсолютно закрытой, возникнут квантовые коммуникации. Квантовое кодирование, приобретет исключительно важное военное значение. Как видите, переход к квантовым технологиям принципиально изменит всю нашу жизнь. Мы на пороге нового мира, который сформируется в течение ближайших 10-15 лет. И к этому надо готовиться очень серьезно.

- Такая задача ставится в нашей системе образования?

- Задача ставится, и сейчас очень актуальным стал вопрос создания специального магистерского курса, который будет готовить специалистов по квантовой и мезоскопической физике. Именно к решению этой задачи сегодня подключился фонд «Мой шаг» (бывший фонд «Луйс»), при финансовой поддержки которого планируется реализовать магистерскую программу «Quanta», с привлечением известных зарубежных специалистов, в том числе армянского происхождения.  Пока нам еще рано говорить о квантовых технологиях, но начинать готовить специалистов в области квантовой и мезоскопической физики с дальнейшим выходом на технологии надо начинать безотлагательно. Необходимо существенно пересмотреть работу всей системы образования в технических вузах, чтобы успеть «войти» в новый квантовый мир.

- А как обстоят дела с подготовкой этих кадров в развитых странах, где система образования более современная и тесно связана с актуальными потребностями в специалистах?

- Там этому вопросу уделяется очень большое внимание, в технологических университетах специалисты в области компьютерных наук серьезно изучают квантовую механику, поскольку понимают, что будущее за квантовыми компьютерами. А это значит, что понадобятся специалисты в области квантовой информатики, которые, естественно, знают квантовую механику.

Прекрасным примером может служить Политехнический университет имени Петра Великого в Санкт-Петербурге, где ведется очень серьезная подготовка по квантовой физике, в частности, на том факультете, которым руководил нобелевский лауреат Жорес Алферов. В этом вузе готовят инженеров-физиков в области микро- и наноэлектроники, которые обладают глубокими знаниями в области квантовой механики, квантовой оптики, квантовой теории твердого тела, а это и есть специалисты ХХI века. Очень надеюсь, что система образования Армении адекватно и оперативно отреагирует на требования времени, начнет готовить специалистов, обеспечивающих современное развитие и безопасность нашей страны.