Потенціал освіти у сфері квантових технологій

Викладачі кафедри теоретичної фізики ЛНУ імені Івана Франка упродовж двадцяти років проводили наукові дослідження з квантової інформації. Також в університеті відбувалася щорічна літня школа для обміну знаннями у цьому напрямку, а для магістрів читалися курси про фундаментальні проблеми квантової механіки, квантові обчислення. Наукові та навчальні напрацювання в області квантової інформації дозволили бути на передньому краю розвитку освіти з квантових обчислень.

Це все створило передумови для впровадження у 2020-му році першої в Україні бакалаврської програми з квантових комп’ютерів і квантового програмування на фізичному факультеті Львівського національного університету імені Івана Франка спільно з ІТ-компанією SoftServe. У цьому році також була відкрита однойменна магістерська програма. Освітні програми були запущені спільно з бізнесом, зважаючи на перспективність широкого використання квантових комп’ютерів. Вперше в Україні студенти отримали можливість набувати глибокі знання з квантових обчислень та квантового програмування вже з першого курсу. На той час була розроблена лише магістерська освітня програма «Квантові комп’ютери, обчислення та інформація» у Київському національному університеті імені Тараса Шевченка.

Квантові комп’ютери – це принципово нові обчислювальні пристрої, які для розрахунків використовують закони та можливості світу на мікромасштабах. Вже у 2023 році передбачається створення 1121-кубітного квантового комп’ютера, а у 2025 – квантового процесора з 4158 кубітами. Це означає, що квантові комп’ютери опрацьовуватимуть 2^4158 чисел одночасно, що не під силу жодним класичним обчислювальним пристроям. Квантові процесори уже мають IBM, Google, D-Wave Systems Inc, Rigetti Computing, Intel, Honeywell та інші компанії. В перспективі, з їхньою допомогою можна буде розв’язати широке коло задач, які є надскладними для класичних комп’ютерів.

Сьогодні на квантових комп’ютерах можна розв’язувати спеціальні задачі у мільйони разів швидше, ніж на класичних, неодноразово досягнуто квантову перевагу. Науковці України та світу активно розробляють алгоритми для отримання переваги квантових обчислень у розв’язанні фундаментальних та прикладних задач. Очікується широке використання квантових комп’ютерів у різних галузях суспільної практики, стрімкий ріст ринку квантових обчислень. Тому дуже на часі є підготовка спеціалістів з квантового програмування, які вміють реалізовувати вже відомі алгоритми на існуючих квантових комп’ютерах, а також мають глибокі знання для створення абсолютно нових квантових протоколів.

Для студентів бакалаврської програми з квантового програмування в ЛНУ читаються десятки курсів з класичної та квантової інформації, проводяться лабораторні заняття з класичного та квантового програмування на квантових комп’ютерах. Компанія IBM надає відкриту безкоштовну можливість програмувати на 7-кубітних квантових комп’ютерах через інтернет, доступ до багатокубітних процесорів IBM. Також студенти мають можливість працювати на квантових комп’ютерах Rigetti, що надаються на основі наукових проектів чи оплати.

Найбільша потреба сьогодні у створенні квантових алгоритмів, які будуть ефективно працювати на вже розроблених квантових комп’ютерах, впровадженні цих алгоритмів для розв’язання практичних задач логістики, економіки, фармацевтики та багато інших. Співпраця кафедри з SoftServe дозволяє інтегрувати студентів у процес застосування квантових обчислень для різних прикладних кейсів. Зокрема, у 2021 році під керівництвом дослідницької команди R&D компанії та викладачів кафедри теоретичної фізики ЛНУ імені Івана Франка студенти працювали над рішенням для BMW. Задача полягала в тому, щоб оптимізувати положення сенсорів на автомобілі для безпілотного керування за допомогою квантових комп’ютерів. Студенти мали чудову можливість попрацювати над прямим застосуванням квантових технологій для провідної світової компанії і побачити, яку користь на практиці дають ці технології. У 2023 році відбувся цикл лекцій та воркшоп з квантових обчислень, який організували члени SoftServe. Під час заходу студенти освітньої програми працювали над практичними застосуваннями відомих квантових алгоритмів, а також дізналися про сучасні напрямки розвитку квантових IT.

Квантові обчислення – це про синергію науки і програмування, про додаткові можливості, про супершвидкі розрахунки. Спеціалісти з квантових технологій є дуже затребуваними на ринку праці. У світі спостерігається значне збільшення кількості випускників вищих навчальних закладів зі знаннями квантового програмування, проте їх недостатньо, щоб заповнити всі вакансії у сфері квантової інформації. Зокрема, за звітом міжнародної консалтингової компанії McKinsey, у 2022 році лише приблизно дві третини таких вакансій могли бути заповнені.

Приємно, що вже сьогодні в Україні навчаються спеціалісти з квантового програмування, що наша держава інтегрована в світовий процес розвитку квантової освіти. Важливо рухатися в ногу з часом і надалі, розвивати освіту відповідно до переднього краю досліджень та технологій в області квантової інформації.