В «Сириусе» открылась научная школа по физике для подростков, проявивших выдающиеся способности на всероссийских олимпиадах. Это новая программа, которую курируют ученые и специалисты ведущих российских вузов и научных центров. Она посвящена ключевым аспектам квантовой физики и основам квантовых технологий. Особый акцент сделан на лабораторные практикумы, где школьники под руководством наставников проводят опыты и эксперименты в области лазерной физики, квантовой оптики, фотовольтаики. Об особенностях и целях образовательного модуля рассказал его наставник – руководитель лаборатории оптики спина имени И.Н. Уральцева СПбГУ, профессор Саутгемптонского университета, руководитель группы Квантовой поляритоники Российского квантового центра, доктор физико-математических наук Алексей Кавокин.
– Алексей Витальевич, в чем особенности новой программы?
– Многие ученые и педагоги сегодня сходятся во мнении, что есть определенный разрыв между школьной программой по физике и окружающей нас реальностью. Школьники изучают формулы, открытия, сделанные в XVIII-XIX веках, немного касаются квантовой механики. Но связь физики с тем, что нас окружает сейчас – компьютерами и интернетом, мобильными телефонами и другими гаджетами, требует более глубокого погружения в тему. Физика – максимально прикладная область, она во всем, что есть в повседневной жизни. Эта наука оказывает огромное влияние на развитие цивилизации. Поэтому мы организовали данную программу, чтобы построить мост от физики XVIII века к физике XXI века. При этом программа построена на уровне, понятном школьнику. Мы не перегружаем ее математикой, работой с комплексными числами и матрицами, хотя и этих моментов касаемся. Наша задача – продемонстрировать прикладную часть, показать, над чем работают ученые здесь и сейчас. С этой целью мы привезли различное оборудование для экспериментов и проводим серию лабораторных работ.
– В чем состоит эта прикладная часть? Какие опыты и эксперименты школьники ставят в лабораториях?
– Программа разбита на три смысловых модуля. В каждом из них есть и теория, и практические занятия, где дети решают задачи и проводят лабораторные работы. В первом главный акцент сделан на самом понятии квантового компьютера. Во втором и третьем – на механизмах и алгоритмах его работы. В то же время ребята сами могут выбрать тот или иной модуль по своим способностям и интересам. Мы с коллегами выстраивали программу так, чтобы участники могли увидеть и на практике поработать с лазерами, линзами, призмами, фотодетекторами. Параллельно мы очень много внимания уделяем свету и экспериментальной оптике. Лабораторные занятия включают использование оптических методов – преобразование Фурье, матричные операции. Это оборудование позволяет нам решать и определенные математические задачи. Также на программе мы говорим о солнечной энергетике. Школьники вместе с наставниками проведут практикум по созданию солнечной батареи, то есть дети прямо на программе получат энергию из солнечного света. Большая часть лабораторной работы посвящена исследованию квантовых свойств света и вещества. Мы работаем со свойствами света, такими, как поляризация, учимся управлять ими с помощью эффекта Фарадея. Ну и в конечном счете мы говорим о том, как свет помогает нам построить квантовый компьютер. Специально для программы мы привезли все это оборудование: лазеры, полупроводниковые лазерные диоды и элементы оптического конструктора, такие, как линзы, призмы, фотодетекторы, дифракционные решетки, бимсплиттер.
– Есть ли какая-то тема программы, которая вызвала особенный отклик у школьников?
– По моему опыту, пока больше всего вопросов вызвало такое понятие, как обратное пространство. Меня очень много спрашивали, как расстояние можно измерить в обратных сантиметрах, что это вообще такое. Мы попытались ответить на этот вопрос не только теоретически, но и экспериментально. Мы выполняем преобразование Фурье при помощи оптических линз и дифракционных решеток, чтобы показать, как можно перейти из прямого пространства в обратное.
– Какие в целом есть тренды в современной физике? На что, на ваш взгляд, стоит обратить внимание школьникам, которым бы хотелось развиваться в этой сфере?
– Я в целом могу с уверенностью сказать, что физики сейчас очень востребованы. По прогнозам ученых и инженеров, новые приборы и гаджеты на основе квантовых технологий будущего войдут в нашу жизнь уже через 3-5 лет. Поэтому люди, имеющие подготовку в квантовой физике, не будут иметь проблем с поиском работы. Помимо данного раздела физики, очень востребованы и гибридные специальности, например, биофизика. В целом, в области этой науки есть два больших направления: астрофизика и физика микромира. Первое предполагает достаточно фундаментальный подход, но вторая сфера тоже не лишена тайн, и к тому же она ближе к конкретному приложению. Современные телефоны и компьютеры связаны с физикой микрокристаллических структур. К тому же это важнейшая область промышленности. Очень актуальны вопросы импортозамещения в этой сфере, а это огромные возможности самореализации и большой рынок труда как для небольших предприятий, так и для таких гигантов, как «Роскосмос», «Росатом», «Газпром» и другие.
Августовская научная школа по физике продлится до 24 августа. Также среди руководителей программы – директор Физического института имени П.Н. Лебедева РАН и руководитель научной группы «Прецизионные квантовые измерения» РКЦ Николай Колачевский, заместитель заведующего Учебно-методической лаборатории по работе с одаренными детьми МФТИ, главный тренер сборной РФ по физике Виталий Шевченко. На программу зачислены учащиеся из 11 регионов страны: 39 учеников девятых классов, 34 ученика десятых классов. Программа разработана при участии Центральной предметно-методической комиссии по физике, Учебно-методической лаборатории по работе с одаренными детьми МФТИ, Национальной квантовой лаборатории, Российского квантового центра (РКЦ), НИТУ «МИСиС», ФИАН и СПбГУ.
текст
