Как возникла эта профессия?

Возможно, ты уже прочел на нашем сайте о профессиях инженера-атомщика и медицинского физика и знаешь, что существует атомная физика, которая изучает строение и свойства атомов. А есть еще квантовая физика, которая тоже изучает элементарные частицы, но уже с точки зрения взаимодействия энергии и материи внутри них. Есть еще более узкая часть квантовой физики – квантовая механика, которая ищет практическое применение квантовой теории.

Самое интересное в квантовой механике то, что она изучает законы микромира, который не рассмотреть даже в самый сильный микроскоп, – а самое интересное, что на этом уровне действуют несколько иные законы, чем в видимом глазом физическом мире. Открытие квантового мира сделал в 1900 году немецкий ученый Макс Планк – наблюдая, как нагретый металл меняет свой цвет, он пришел к выводу, что свет может быть как частицей (атомом), так и волной (излучением), то есть испытывать два состояния одновременно. Его поддержал знаменитый Альберт Эйнштейн, который выяснил, что свет излучается не непрерывно, как раньше полагали ученые, а порциями – квантами. Квант света, например, называется фотоном.

Итак, квантовая механика описывает микромир. Чтобы ты представлял – например, чтобы атом апельсина стал размером с апельсин, сам апельсин нужно будеть увеличить до размеров земного шара! В макромире, если у тебя есть две коробки и ты в одну из них положишь кубик, то вторая будет пуста. А в квантовом мире кубик может находиться в двух коробках одновременно. Не верится, правда? Но наука доказала, что это так.

Именно поэтому процессы квантовой физики не подходят для создания крупных агрегатов – нефтяных вышек, мостов, автомобилей и так далее, но совершенно необходимы при проектировании микропроцессоров для смартфонов, плоских телевизоров и вообще всей современной электроники. А до этого квантовые технологии подарили человечеству транзисторы, лазеры и мобильную связь.

В нашу же цифровую эпоху наступило время для создания квантового компьютера, который превзойдет по производительности и точности любые существовавшие до того вычислительные системы. Информация в квантовом компьютере измеряется не битами, как в «обычном», а кубитами. Бит может иметь лишь два измерения – 0 или 1. Тогда как кубит способен находиться, по законам квантовой механики, в суперпозиции – то есть быть одновременно и 0, и 1. Поэтому квантовый компьютер способен обрабатывать многовариантные состояния в один и тот же момент времени, а обычный считает каждый вариант отдельно. Представляешь, насколько это повышает возможности для обработки данных!

Давай посмотрим, какие направления деятельности есть у специалиста по квантовым технологиям.

Чем может заниматься инженер по квантовым технологиям?

Квантовые компьютеры

Даже сложно себе представить, какой скачок совершат технологии, когда заработает первый «большой» квантовый компьютер! Ведь такое устройство способно решать задачи невероятно сложного уровня, на которые – только подумай! – обычному компьютеру могут понадобиться десятки, а то сотни лет. При этом полноценный квантовый компьютер еще даже не создан – на данный момент разработчики имеют дело только с так называемыми квантовыми симуляторами, или адиабатическими компьютерам. Представляешь, сколько интереснейшей и важной работы у тебя впереди?

Квантовая криптография

Можешь представить себе интернет, соединение по которому невозможно взломать или отследить, а скорость передачи данных измеряется гигабайтами в секунду? Все это возможно благодаря «принципу квантовой запутанности». Он заключается в том, что между квантовыми частицами, например фотонами, соединение сохраняется независимо от расстояния между ними и теми препятствиями, которые встают на их пути. По сути, это не передача данных, а настоящая телепортация!

Таким образом, колоссальные квантовые данные, которые могут передаваться на колоссальные расстояния, никто не сможет ни расшифровать, ни взломать! Квантовая криптография выводит на совершенно новый уровень все цифровые коммуникации и, главное, безопасность их передачи.

Квантовые сенсоры

В последние годы наука добилась успеха в разработке микроскопических приборов, которые работают по законам квантовой механики и потому способны фиксировать изменения на уровне микромира, то есть крошечных частиц. Это невероятно полезная технология, прежде всего для медицины. Не так давно ученые доказали, что клетки раковой опухоли имеют более высокую температуру, чем здоровые. Квантовые сенсоры могут выявить эти клетки с точностью до атома – и таким образом, диагностировать опасные новообразования в организме.

Помимо медицины сверхминиатюрные и гиперчувствительные датчики пригодятся при навигации космических кораблей, в управлении беспилотным транспортом, при строительстве и еще во многих областях. Скорее всего, через пару десятилетий квантовые сенсоры будут использоваться везде, даже в бытовой технике у тебя дома. И ты можешь помочь этому случиться!