Квантовый микромир

Разработчик майнора — Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова.

Мировой информационный шторм, охвативший во второй половине ХХ века практически всё население Земли, требует совершенствования устройств обеспечивающих передачу, хранение и обработку информации. Очевидными следствиями являются постоянное увеличение скорости соответствующих процессов и повышение компактности устройств - миниатюризация. Сейчас все мировые авторитеты в области микро- и нанотехнологий сходятся во мнении, что в настоящее время (по разным оценкам в 2017-2018 гг.) дальнейшее увеличение степени интеграции коммерческих наноэлектронных изделий перестанет быть возможным. При этом приводятся две основные причины. Первая, чисто технологическая - невозможность эффективного отвода тепла, выделяемого в единице объема (площади) интегральной схемы. Вторая проблема - фундаментальная: при достижении определенных размеров (очень грубая оценка - порядка 10 нм) процесс протекания электрического тока в таких сверхминиатюрных элементах уже не подчиняется законам классической электротехники, и начинают проявляться качественно новые квантовые явления, нарушающие штатный режим работы устройства. Типичным проявлением таких квантовых явлений является уменьшение электрической проводимости вплоть до перехода в изолирующее состояние. Очевидно, что перечисленные размерные ограничения не могут игнорироваться при проектировании сверхминиатюрных наноэлектронных устройств нового поколения.

 Однако наряду с негативным влиянием квантовых размерных эффектов на работу «стандартных» устройств, те же самые явления могут быть использованы, например, для построения качественно нового поколения логических элементов - кубитов (англ. qubit), основанных на принципиально отличных от классических принципах передачи, обработки и хранения информации. В основе работы таких устройств лежат законы квантовой механики, открывающие принципиально новые возможности для таких областей как информатика, телекоммуникация, метрология и вычислительная техника. Помимо огромной значимости для народного хозяйства, включая такие жизненно важные области как космическая, оборонная индустрия и национальная безопасность, квантовая наноэлектроника открывает новые горизонты для фундаментальных исследований в широком спектре дисциплин, которые до недавнего времени считались имеющими мало общего: лингвистика и квантовая криптография, нейрохирургия и квантовая информатика.

 Майнор представляет собой полноценную короткую образовательную программу, рассказывающую об особенностях микромира, в котором на смену законам классической физики приходит квантовая механика. Слушатели получат знания по математическому аппарату квантовой механики, элементарной квантовой физике конденсированного состояния и введению в такие проявления квантовых закономерностей как магнетизм и сверхпроводимость. Знания, полученные в рамках курса, имеют непосредственное отношение к таким быстроразвивающимся дисциплинам как квантовый компьютер и квантовая криптография.