Про мандрівку кращими фізичними й квантовими лабораторіями Києва і Школу з квантової сенсорики та метрології
Кілька десятків розумних юнаків і дівчат днями відвідали лабораторії Інституту металофізики імені Г.В. Курдюмова НАН України та Інституту фізики НАН України. Екскурсію було проведено в рамках Школи з квантової сенсорики та метрології (QSM School 2025), організаторами якої є Інститут теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України та Київський академічний університет.
Досвідчені науковці зустріли молодь з ентузіазмом. Показували обладнання (у деяких випадках унікальне), пояснювали, які експерименти світового рівня на ньому можна виконати і чому це важливо. Демонстрували досліди з надпровідності (КАУ); розповідали, як без інструкцій збирають обладнання, що раніше працювало в лабораторіях одного з німецьких університетів (Інститут металофізики імені Г. В. Курдюмова); жартували, що під час експериментів атоми під дією сили земного тяжіння «падали як груші» (Інститут фізики). Провели екскурсію в музеї Інституту фізики, де розказали, зокрема, про складний шлях української науки в часи сталінських репресій, а також продемонстрували унікальні фрески із «стовпами» фізики під куполом головного корпусу Інституту.
Школа з квантової сенсорики та метрології була проведена при підтримці Американського фізичного товариства та Фонду Альфреда П. Слоуна. Для студентів вона була повністю безкоштовною. Також школа зібрала значну онлайн аудиторію з різних країн світу.
Запрошення на сайті школи було цікавим і обіцяло залучення до справжніх наукових пригод.
І пригоди вдалися. Молодь прослухала лекції, як здійснювати навігацію без супутників, покладаючись виключно на надточний контроль прискорення; як виміряти силу тяжіння з такою точністю, щоб вона могла розрізняти об’єкти на поверхні Землі і під землею. А також зрозуміти, чи є перспектива у технології надчіткого відтворення зображень дрібних об’єктів з великої відстані, або, як амбіційно написали організатори школи «чи можемо ми одного дня побачити монету з космосу».
Як задумали, організували і провели школу, газеті «Світ» розповів Андрій Семенов, керівник групи квантової оптики та квантової інформаціїІнституту теоретичної фізики ім. М. М. Боголюбова НАН України.
«Перший раз школу провели у Київському академічному університеті у 2017 році, – зазначив він. – У 2018 році ми вивели її на міжнародний рівень, до нас приїхало чотири професори з Німеччини, професор з Франції і німецькі студенти.
Потім були пандемія й війна.
У 2023 році ми вирішили провести школу онлайн, і змінити формат – концентруватися на якійсь одній квантовій технології. У 2023 році школа була присвячена квантово-машинному навчанню. Школа пройшла дуже вдало, провідні фахівці розповідали про поєднання технологій квантових обчислень та машинного навчання.
Ідея цієї та попередньої школи полягає в тому, щоб на початку надати концентровані і лише необхідні в конкретному випадку знання з двох базових дисциплін — квантової фізики та іншої дисципліни, яка потрібна для технології, якій присвячена школа. Нашою глобальною метою є те, щоб школа була доступна не лише для студентів-фізиків, а й для більш широкого загалу — математиків, інженерів тощо. І вже після того, як певні базові знання в аудиторії було закріплено, ми поступово переходимо до спеціалізованих тем.
У цьому році ми вирішили розповісти про квантову сенсорику та метрологію. Сьогодні це вкрай практичні й затребувані теми, які вже мають комерційне впровадження. Вони важливі, скажімо обережно, не тільки для цивільних застосувань.
До речі, було дуже непросто коротко розповісти те, на що зазвичай студенти витрачають семестр. Наприклад, професор Андрій Пилипенко з Інституту математики (Україна) та Університету Женеви (Швейцарія) розповів про класичну теорію оцінювань, яка є необхідною складовою квантової метрології. А на мою долю випала задача зробити студентам короткий вступ до квантової фізики.
Про основи квантової метрології лекцію читав всесвітньо-відомий фахівець у цій галузі досліджень професор Джерардо Адессо з Ноттінгемського університету (Великобританія). Ці знання потрібні, зокрема, щоб зрозуміти лекцію Джіакомо Сореллі з Інституту ім. Фраунгофера (Німеччина). Він пояснював як отримати зображення із надвисокою роздільною здатністю від дрібних або віддалених об’єктів. Певні експериментальні аспекти цієї технології було висвітлено у лекції професора Алекса Львовського з Оксфордського університету (Великобританія). Однією з задач квантової метрології, про яку розповідали кілька лекторів, є так звана оцінка фази. Вона потрібна для багатьох застосувань, а зокрема для навігаційних приладів, що основані на ефекті Саньяка. Про цей ефект у своїй лекції розповів доктор наук Сергій Шарапов з Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова.
Інший аспект школи був присвячений квантовим сенсорам на основі технології холодних атомів. Чудові вступні лекції з цього приводу зробили професорка Керрі Вейднер з університету Бристоля (Великобританія) та професор Олександр Якименко з Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Саме ці сенсори дозволяють проводити надточне вимірювання гравітації, прискорення та часу, що є вкрай необхідним як для навігації так і для пошуку об’єктів на поверхні Землі чи під нею. Про практичні аспекти цієї технології, а також про наявні комерційні впровадження розповіли професор Майкл Голинський з Університету Бірменгему (Велика Британія) та доктор Алекс Веббер-Дейт з CPI Electron Device Business (Велика Британія). Доктор Йонас Родевальд з Імперського коледжу Лондона (Велика Британія) розповів, що не лише холодні атоми, а й холодні молекули можуть бути в пригоді для атомної інтерферометрії. Атомні сенсори виявляються також надзвичайно корисними для детектування дуже слабких магнітних полів. Ця технологія має безліч застосувань від медицини до геології, але в нашому українському аспекті важливою є її цінність для розмінування. Про це детально розповідав у своїй лекції професор Пауль Гриффін з Університету Стратцилда (Велика Британія).
В організації школи взяли участь співробітники КАУ та Інституту теоретичної фізики (зокрема, усі мої колеги з групи квантової оптики та квантової інформації).
Думаю, все вдалося!
Знайомство з лабораторіями також вийшло дуже вдалим. Наприклад, професорка Керрі Вайднер розповіла про холодні атоми, а наступного дня в Інституті фізики нам показали, на якому приладі проводять ці експерименти».
У роботі школи взяли участь студенти з різних міст України. Газета поцікавилася у студентів Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна враженнями про школу і мандрівку лабораторіями.
П’ятикурсник фізтеху Олександр розповів, що займається схожою тематикою і що йому було неймовірно цікаво. «Я радий, що познайомився з вченими світового рівня, які просто й зрозуміло розповідали про проривні дослідження», – зазначив він.
«Я теж навчаюся на фізтеху, – розповів ще один учасник школи, Микола. – Ми теоретики, а в школі побачили експериментальну частину й унікальне обладнання. Це дуже важливо».
Четвертокурсниця Станіслава Литвинова, з фізико-технічного факультету додала: «Мені порадив поїхати до цієї школи науковий керівник, і я справді почула багато корисного. Особливо сподобалася лекція про лазерні системи, які охолоджують атоми. Це пов’язано з темою, якою займається моя робоча група. Я вагалася, який напрям обрати далі, теоретичний чи практичний. Сьогодні зрозуміла, що хочу працювати в одній із цих лабораторій».
Підготувала Світлана ГАЛАТА
Ілюстрації Григорія БОБА, Academ.media Більше фото тут: https://www.facebook.com/Academ.media/posts/pfbid0hghCq8HqnoCfhADUfs9wx991RGPNZTrRzPCWesu3DY5mZXKzhYcoKq3fRm4p5w7Fl