Po minuloročnej edícii vo Viedni sa Letná škola kvantových technológií 2024 tento rok úspešne konala na Fakulte matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave, kde účastníkom ponúkla jedinečnú kombináciu teoretického a praktického vzdelávania v oblasti kvantových technológií. Spoluorganizátormi podujatia boli Fyzikálny ústav SAV, Fachhochschule Technikum Wien a QUTE.sk – Národné centrum pre kvantové technológie. Podujatie spojilo akademické poznatky s odbornými skúsenosťami z priemyslu, a poskytlo tak účastníkom komplexný pohľad na to, ako sa kvantová mechanika uplatňuje vo výskume aj v praxi.
Komplexný vzdelávací zážitok
Každý deň letnej školy bol rozdelený na dve časti. Ráno patrilo zaujímavým prednáškam, ktoré viedli odborníci z akadémie i z priemyslu. Zameriavali sa na teoretické aspekty kvantovej mechaniky a jej narastúci význam v rôznych odvetviach. Prednášajúci z popredných akademických inštitúcií a firiem, vrátane qtLabs, Single Quantum, AIT, Aricoma, Accenture a IBM, zdieľali svoje odborné poznatky a ukázali reálne využitie kvantových technológií.
Popoludnia boli venované praktickým workshopom, počas ktorých si účastníci mohli pomocou špičkového vybavenia vyskúšať to, čo sa naučili. Priama interakcia s kvantovými technológiami im umožnila experimentovať s javmi, ktoré bežne nevidí ani skúsený vedec.
Praktické workshopy
Skupina 1 a 2: Skúmanie kvantových fenoménov s pomocou quED demonštrátorov
Na Letnej škole kvantových technológií 2024 sa skupiny 1 a 2 venovali praktickému výskumu so špičkovým edukačným zariadaním – demonštrátorom quED. Obe skupiny sa sústredili na základné kvantové experimenty, ktoré im pomohli hlbšie pochopiť koncepty, ktoré sú výzvou aj pre skúsených výskumníkov.
Skupina 1 sa zamerala na Bellov experiment a kvantovú distribúciu kľúčov (QKD). Bellov experiment, ktorý je základom pre pochopenie kvantového prepletenia a nelokálnosti, umožnil účastníkom otestovať limity klasickej fyziky a skúmať, ako môžu kvantové častice okamžite ovplyvňovať jedna druhú aj na veľké vzdialenosti. Tento experiment slúžil ako základ pre pochopenie bezpečného prenosu kvantových informácií. Na to nadviazala diskusia o princípoch QKD, ktorá využíva vlastnosti kvantovej mechaniky na vytvorenie neprelomiteľného kryptografického systému, čím sa zdôraznilo praktické využitie kvantových technológií v bezpečnej komunikácii.
Skupina 2 sa tiež venovala práci s quED systémom, ale sústredila sa na zložitejšie experimenty, ako je Hong-Ou-Mandelov (HOM) dip. Tento experiment je fascinujúcou ukážkou dvojfotónovej interferencie, ktorá odhaľuje správanie kvantových častíc pri určitých podmienkach. Praktická práca im pomohla pochopiť, ako kvantová koherencia a interferencia fungujú v moderných kvantových technológiách. Neskôr sa skupina opäť venovala Bellovmu experimentu, pričom do neho zahrnula nové poznatky, a pokračovala skúmaním BB84 protokolu, jednej z prvých metód kvantovej komunikácie. Študenti mohli na vlastné oči vidieť, ako sa kvantové stavy využívajú na bezpečný prenos informácií.
Obe skupiny získali cenné praktické skúsenosti, ktoré im pomohli prepojiť teoretické základy s reálnymi aplikáciami, čím sa preklenula priepasť medzi abstraktnými kvantovými javmi a ich technologickými dôsledkami. Vďaka tomuto prístupu sa zložitosť kvantovej teórie stala zrozumiteľnejšou a účastníci si odniesli pevné základy kvantovej komunikácie a kryptografie.
Skupina 3: Kvantové výpočty s odborníkmi z priemyslu
Skupina 3 mala možnosť pracovať pod vedením odborníkov z Aricomy a IBM a ponoriť sa do sveta kvantového počítania s pomocou Gemini Mini Pro – reálneho stolového kvantového počítača. Workshop poskytol účastníkom hlboký vhľad do základov kvantového počítania, počnúc úvodom do kvantovej mechaniky. Lektori ich previedli vývojom kvantovej teórie a vysvetlili základné koncepty, ako sú qubity (kvantové bity), Blochova sféra, kvantové hradlá a kvantové obvody, ktoré sú základom kvantového počítania.
Študenti sa zoznámili s vývojom kvantových technológií a ich potenciálom meniť svet počítania. Postupne pracovali s kvantovými obvodmi, experimentovali s kvantovými hradlami a vykonávali merania, čím získali praktické skúsenosti s tvorbou a spúšťaním kvantových programov. Vrcholom workshopu bolo štúdium CHSH nerovnosti, kľúčového konceptu kvantovej mechaniky, ktorý súvisí s Bellovou vetou. Účastníci mali možnosť vykonávať experimenty, ktoré im pomohli pochopiť kolaps kvantových vĺn a nelokálnosť. Použitie IBM Qiskit im navyše umožnilo simulovať a vykonávať skutočné kvantové algoritmy, podobne ako sa to robí v reálnych projektoch zahŕňajúcich kvantové výpočty.
Skupina 4: Kvantové algoritmy a pokročilé hradlá
Skupina 4 sa sústredila na štúdium kvantových algoritmov a kvantových hradiel potrebných na ich vytváranie. Tento workshop šiel nad rámec základných konceptov a účastníci sa ponorili do pokročilých kvantových algoritmov, ktoré sú kľúčové pre aplikácie vo vyhľadávaní a výpočtoch. Študenti prešli potrebnými matematickými základmi na pochopenie kvantových logických hradiel, vrátane Pauliho matíc a ich vplyvu na kvantové stavy.
Workshop poskytol komplexný prehľad o fungovaní algoritmov, ako sú Groverov algoritmus a Bernstein–Vazirani algoritmus. Študenti získali nielen teoretické vedomosti, ale aj praktické skúsenosti s programovaním kvantových obvodov a manipuláciou s kvantovými hradlami, čím získali pevné základy na riešenie komplexných problémov. Tento workshop ich tiež oboznámil s dôležitým softvérom pre kvantové počítanie, čo ich ďalej pripravilo na budúci výskum a prácu v tejto oblasti.
Hlavné prínosy
Na konci letnej školy účastníci získali:
- Hlboké znalosti o kvantovej mechanike a jej praktických aplikáciách v kryptografii, výpočtoch a komunikácii.
- Praktické skúsenosti s kvantovými experimentmi a algoritmami, ako sú Bellov experiment, QKD protokoly a kvantová teleportácia.
- Schopnosť používať kvantové počítače, ako napríklad Gemini Mini Pro, a softvérové nástroje, ako je Qiskit, na spúšťanie kvantových obvodov a skúmanie kvantových algoritmov.
- Široký prehľad o tom, ako sa kvantové technológie využívajú v priemyselných odvetviach, vrátane počítania, kryptografie a telekomunikácií.
Týždeň kvantovej transformácie
Letná škola kvantových technológií 2024 bola pre všetkých účastníkov transformačným zážitkom. Kombináciou teoretických vedomostí a praktických experimentov sa podarilo preklenúť priepasť medzi učením v triede a reálnymi aplikáciami. Študenti mali možnosť pracovať s najmodernejšími nástrojmi, ako sú quED Entanglement Demonstrator (demonštrátor previazania) a počítač Gemini Mini Pro, pričom získali cenné skúsenosti s ukážkou kvantových experimentov v praxi. Či už išlo o pochopenie kvantového prepletenia v Bellových experimentoch, alebo o riešenie komplexít kvantového výpočtového sveta, každý účastník odchádzal s hlbším porozumením potenciálu, ktorý kvantové technológie ponúkajú.
Zapojenie odborníkov z firiem ako IBM a Aricoma nielenže zvýraznilo reálne aplikácie kvantových technológií, ale tiež poskytlo účastníkom pohľad do budúcnosti, v ktorej kvantové počítanie bude zohrávať kľúčovú úlohu v odvetviach od kryptografie až po financie. Workshopy, ktoré kládli dôraz na aktívnu účasť a experimentovanie, študentom poskytli praktické zručnosti, ktoré budú kľúčové pre ich ďalší výskum a kariérny rozvoj.
Úspech letnej školy spočíva tiež v jej schopnosti spojiť teoretické vedomosti s praktickým využitím, čo účastníkom pomohlo hmatateľné uchopenie tejto abstraktnej a často zložitej oblasti. Od skúmania kvantových komunikačných protokolov až po implementáciu kvantových algoritmov – študenti sú teraz lepšie pripravení prispieť k prebiehajúcej kvantovej revolúcii. Odnášajú si so sebou nielen nové zručnosti, ale aj väčší rešpekt ku kvantovému svetu, jeho záhadám a jeho obrovskému potenciálu meniť budúcnosť technológií.
Na záver letnej školy patrí úprimné poďakovanie všetkým prednášajúcim a lektorom z akademickej sféry aj priemyslu, ktorí veľkoryso venovali svoj čas a odborné znalosti. Ich odhodlanie spravilo toto podujatie nezabudnuteľným zážitkom pre všetkých účastníkov.
Gallery
