Одним из самых сложных и одновременно самых востребованных сегодня разделов физики является квантовая физика. Ее актуальность обусловлена активным развитием квантовых и квантово-информационных технологий. Сложность этой науки связана с тем, что ее базовые принципы полностью контринтуитивны и противоречат нашему повседневному опыту.
Ученые полагают, что глубокое понимание законов квантовой физики может дать только практический опыт работы с квантовыми системами. Для решения этой задачи сотрудниками Лаборатории квантовой оптики (кафедра Общей физики-1) СПбГУ совместно с Центром квантовых технологий МГУ был разработан и установлен учебно-научный комплекс для практических работ по квантовой оптике и квантовой информатике. Работа выполнена в рамках партнерского сотрудничества в Консорциуме по квантовым технологиям.
В марте практикум был запущен в СПбГУ. Его основная цель – обучение студентов-физиков основам квантовой оптики и информатики путем выполнения самых ярких фундаментальных экспериментов по квантовой физике.
«Очень важно, что в Санкт-Петербургском университете появится еще один ультрасовременный комплекс для экспериментальной подготовки студентов, – говорит профессор СПбГУ, координатор работы в рамках Консорциума по квантовым технологиям Татьяна Юрьевна Голубева. – Запуск комплекса мы планируем произвести в два этапа. На первом этапе можно выполнить четыре блока ознакомительных работ, включая эксперименты по классической поляризационной оптике, квантовой криптографии и томографии, а также эксперимент по проверке неравенств Белла. Эта часть установки уже работает и показывает стабильные результаты. На втором этапе практикум будет расширен и дополнен более сложным оборудованием, позволяющим решать не только учебные задачи, но и реализовывать исследовательские проекты».
Учебно-научный комплекс позволяет экспериментально изучить базовые законы квантовой физики: принцип суперпозиции, соотношение неопределенностей, явление перепутанности, нарушение неравенств Белла и другие. Задачи квантовой информатики (квантовая криптография, квантовый генератор случайных чисел, томография квантовых состояний и процессов) реализованы на самой простой и наглядной физической платформе – платформе квантовой оптики.
«В Центре квантовых технологий в Москве практикум был запущен в 2019 году и в первом семестре 2019/2020 учебного года на установке проводились занятия для магистров, – рассказала Татьяна Юрьевна. – Студенты работали с классической частью практикума. Необходимо отметить важное отличие практикума СПбГУ – он предполагает занятия на уровне бакалавриата, то есть гораздо больший охват студентов, и включение курса по квантовой оптике и информатике в базовую программу подготовки бакалавров-физиков».
В Санкт-Петербургском университете в рамках выполнения проекта фонда Потанина разрабатывается предпрактикум – виртуальная компьютерная среда, позволяющая подготовиться к экспериментальной работе в форме научной игры. Этой разработкой коллеги из СПбГУ планируют поделиться с ЦКТ МГУ. Специалисты Центра квантовых технологий уже провели обучение сотрудников и аспирантов Лаборатории квантовой оптики СПбГУ тонкостям экспериментальной работы. Сейчас совместными усилиями разрабатывается методическая основа для обучения студентов.
Учебно-научный комплекс для практических работ по квантовой оптике и квантовой информатике, который расположился в Ресурсном центре Научного парка СПбГУ «Оптические и лазерные методы исследования вещества», готов принимать студентов в следующем учебном году.