Квантовая физика, с ее сложными концепциями и революционным влиянием на технологии, постепенно выходит за пределы университетских лабораторий. Исследователи, включая специалиста по физическому образованию профессора Филиппа Битценбауэра из Лейпцигского университета, предлагают сделать двухурвневые системы — кубиты — ключевым элементом изучения квантовой физике в школах. Этот подход, по их мнению, способен не только упростить понимание сложных концепций, но и дать школьникам доступ к основам современных квантовых технологий, таких как квантовая криптография и квантовые вычисления.
Кубиты представляют собой простейшие квантовые системы, обладающие двумя состояниями. Они играют центральную роль в современных исследованиях, поскольку позволяют моделировать и объяснять ключевые аспекты квантовой механики. Управление и манипуляции с такими системами лежат в основе развития квантовых технологий. Однако, как отмечает профессор Битценбауэр, до сих пор не было эмпирических исследований эффективности подходов, использующих двухуровневые системы, в развитии концептуального понимания у учащихся. Также не хватает научных данных о преимуществах и недостатках различных подходов к обучению, основанных на таких системах.
В своей работе ученые сосредоточились на квантовом измерительном процессе — одной из центральных и наиболее сложных тем квантовой физики. Специалисты разработали методику опроса, которая может быть использована в дальнейших исследованиях для оценки обучения.
По словам профессора Битценбауэра, предварительные результаты показывают, что образовательные концепции, основанные на кубитах, способствуют лучшему усвоению материала по сравнению с традиционными методами.
Такой подход не только улучшает понимание квантовой физики, но и открывает школьникам доступ к передовым технологиям. Например, квантовая криптография направлена на обеспечение безопасной связи, которая устойчива к любым попыткам перехвата. Квантовые компьютеры, в свою очередь, способны решать задачи, которые остаются недоступными даже для современных суперкомпьютеров, такие как разложение больших чисел на простые множители.
«Моя команда работает над тем, чтобы сделать колоссальный потенциал квантовых технологий доступным для школьников», — делится Битценбауэр. Результаты их исследований были высоко оценены, и Американское физическое общество (APS) пригласило профессора представить проект на Глобальном саммите по физике, который пройдет в Лос-Анджелесе в марте 2025 года. Это событие совпадает с Международным годом квантовой науки и технологий, который будет отмечен научным сообществом в честь столетия квантовой механики.
Профессор Битценбауэр подчеркивает, что мир стоит на пороге второй квантовой революции. Если первая, начавшаяся в начале XX века, привела к открытию квантовой механики и ее применению в разработке транзисторов и лазеров, то вторая революция сосредоточена на точном управлении отдельными квантовыми частицами — электронами, фотонами и другими квантовыми объектами.
Простейшие квантовые системы с двумя степенями свободы — именно такие, как кубиты — становятся основой для новых технологий. «Мы хотим, чтобы эти системы стали стартовой точкой в обучении квантовой физике в школах», — отметил профессор.
Ранее квантовая физика помогла объяснить стремительный нагрев океанов.
