У червні 2024 року ООН проголосило 2025 рік Міжнародним роком квантової науки і технологій для відзначення 100-річчя квантової механіки. Ініціативу підтримали більше 65 країн світу з координувальним центром ЮНЕСКО. Поряд із роком квантової механіки з 2022 року 14 квітня відзначається Всесвітній квантовий день. Дата пов’язана зі значенням сталої Планка. Наукові, науково-популярні та навчальні заходи, присвячені відзначенню квантового року та квантового дня спрямовані на популяризацію квантової фізики, відзначення наукових досягнень в області квантової теорії, сприяння міжнародної наукової співпраці.
10-11 квітня у Львівському національному університеті імені Івана Франка вже втретє відбулася міжнародна наукова подія, присвячена Всесвітньому дню за підтримки за підтримки Малої академії наук України під егідою ЮНЕСКО, L’Oréal Україна, Львівського товариства науковців та Virtual Ukraine Institute for Advanced Study. Місто Львів включено в список квантових міст світу. Наукова подія у Львові об’єднала науковців та представників IT-спільноти з Польщі, Словенії, Португалії, Норвегії, Ірландії, Великої Британії, США.
Фото пресцентру Львівського національного університету імені Івана Франка
Світ та процеси, які ми бачимо кожного дня, є класичними. Ми вже звикли до законів макроскопічного світу. Зокрема, добре розуміємо, що таке траєкторія руху. Завдяки знанням з класичної фізики, ми визначаємо (детермінуємо) координати та імпульси класичного об’єкта, наприклад м’яча, в кожен момент часу. Відповідно, класичний світ є визначений, детермінований.
Із зовсім іншими властивостями зустрічаємося тоді, коли заглянемо у світ на дуже малих, мікромасштабах. Мова йде про масштаби у сотні мільйонів разів менші за метр. Світ квантових частинок є дуже незвичним для нас, навіть деякою мірою фантастичним. Такий світ описує квантова механіка. Важливо зазначити, що для опису квантової частинки ми не розглядаємо її координати та імпульси, а визначаємо її стан. При чому така частинка може перебувати у різних станах одночасно. Про це говорить один з центральних принципів квантової теорії – принцип суперпозиції. Якщо перенести його на класичні об’єкти, це означало б, що ми, для прикладу, могли б перебувати в різних місцях одночасно.
Дуже цікавим є також те, як ми дізнаємося про квантовий світ. Процес вимірювання описується постулатом, який стверджує, що в результаті вимірювання певної властивості квантової системи ми можемо отримати дуже різні значення з різними ймовірностями. Результат квантового вимірювання має ймовірнісний характер. Це означає, що в загальному випадку ми не можемо точно передбачити, що ми отримаємо в результаті експерименту, а тільки говорити про ймовірності його результатів. Важливим є також те, що в загальному випадку після втручання в квантову систему, після виміру ми змінюємо її стан. Тобто стани системи до і після вимірювання є різними. Ця особливість лежить в основі квантової криптографії – забезпечення конфіденційності інформації на основі квантової механіки.
Унікальною властивістю квантового світу є заплутаність. Стани частинок після їхньої взаємодії є скорельованими, іншими словами заплутаними. Частинки ніби «відчувають» одна одну. У випадку квантової заплутаності, ми не можемо описати стан кожної з частинок незалежно, а тільки можемо в загальному говорити про стан системи. Впливаючи на одну з частинок у заплутаному стані, змінюючи стан однієї з частинок, стан іншої також моментально міняється. Це відбувається навіть у випадку, коли частинки знаходяться на великій відстані. Таку властивість називають квантовими кореляціями. Частинки у заплутаному стані утворюють квантовий канал, який використовують для реалізації квантової телепортації (перенесення стану однієї квантової частинки на іншу), квантової криптографії.
Квантова заплутаність, суперпозиція квантових станів лежать в основі квантового програмування та квантових обчислень. Передбачається, що квантові комп’ютери будуть мати перевагу над класичними у розв’язанні найрізноманітніших практичних задач, серед них: проблеми логістики, задачі оптимізації, кібербезпеки, фармацевтики та багато інших. Також з розвитком квантових ІТ, зі знаходженням способів ефективного використання особливих властивостей світу на мікромасштабах очікується отримати перевагу квантових обчислень над класичними у сотні мільйонів разів.
