Разработчик в области квантовых технологий


Разработчик в области квантовых технологий – это ученый, который, используя знания и принципы квантовой механики, а также физические явления, происходящие на уровне малых частиц, работает над созданием квантовых устройств. Так как квантовые технологии охватывают множество областей, то специалист может работать в разных направлениях, например, разрабатывать процессор для квантового компьютера, или устройства для шифрования данных.

Сегодня эта профессия только формируется. Это специалист, стоящий на стыке нескольких профессий, при этом понимающий современную физику и разные аспекты современных технологий. Он должен быть и нанотехнологом и электроинженером и оптиком одновременно, и еще немного математиком и химиком. И, кроме того, обладать пониманием квантовой механики.



Зарплата:
100 000 - 200 000 руб.

Востребованность


Квантовая механика - раздел физики, занимающийся изучением поведения элементарных частиц в различных условиях. Процессы, происходящие на таком микроуровне, часто противоречат многим законам классической физики и механики. Доказано, что на микроуровне частицы ведут себя совсем не так, как ведут себя макрообъекты, состоящие из этих частиц, и подчиняются совсем другим физическим законам. Например, согласно принципу суперпозиции, квантовая частица может одновременно быть в нескольких местах и состояниях. Этот принцип описывается с помощью мысленного эксперимента с котом в коробке, предложенного австрийским физиком-теоретиком Эрвином Шрёдингером.

За время развития квантовой механики ученые научились управлять квантовыми свойствами больших ансамблей частиц. Сегодня многие технологии, которые не кажутся нам такими уж новыми, работают на принципах квантовой механики. Например, работа лазера или транзистора основана на принципах квантовой механики. Работа самой обычной флешки опирается на эффект туннелирования, то есть способность частицы «проходить сквозь стену». Конечно, речь не идет о кирпичной стене. Частицы могут взаимодействовать друг с другом, например, в атоме электрон притягивается к ядру, так как электрон заряжен отрицательно, а ядро положительно. Оторвать электрон от ядра не просто, поскольку это притяжение создает как называемый потенциальный барьер. Вот этот барьер физики и считают стенкой. В классической физике, если у частицы энергия меньше «высоты барьера», то преодолеть барьер нельзя. Скажем, если пускать мяч в горку, он может перекатиться через вершину, только если его скорости хватит чтобы достигнуть вершины. В данном примере мяч преодолевает барьер, созданный гравитацией. В квантовом же мире мяч может оказаться на другой стороне на середине подъема, то есть протуннелировать. В квантовом мире – через не слишком толстый барьер с некоторой вероятностью частица может проскочить. Именно на этом принципе работает флеш-память, которую мы используем везде, от телефонов до видеокамер. Именно использование квантовых эффектов позволило сделать флеш-память такой компактной и быстрой.

Однако сегодня перед физиками стоит большая задача: научиться управлять квантовыми свойствами индивидуальных частиц. То есть в основе такой технологии лежит управление состоянием одной частицы: электрона, фотона, протона и т.д. Как отмечают эксперты, основные перспективные области для применения квантовых технологий – это вычисления и вычислительная техника, сенсорика, то есть восприятие машинами окружающей реальности, и телекоммуникации и связь. Уже сегодня, по результатам первых достижений в этом направлении, появились суперчувствительные квантовые датчики, мощные квантовые компьютеры и квантовая криптография, выводящая шифрование данных на новый уровень.

Квантовые датчики делают измерения и оценку состояний объектов более точной. Например, такой датчик может фиксировать изменение температуры в отдельно взятой органелле клетки при проведении каких-либо биологических или медицинских исследований. Также квантовые датчики, применяемые в медицине, могут диагностировать определённые болезни на ранних сроках, когда никакое другое оборудование не может выявить болезнь.

Квантовый компьютер позволяет существенно сократить время сложных вычислений, на которые бы у обычной машины ушли бы годы. Сейчас квантовые компьютеры используются для решения узкоспециализированных задач при работе с огромными наборами данных, когда необходимо контролировать несколько вариаций этих данных, однако в будущем, отмечают эксперты, квантовые компьютеры могут использоваться и для решения обычных пользовательских задач.

Появление квантовой криптографии отчасти связано с созданием квантовых компьютеров. Дело в том, что сейчас вся защита информации, размещенной в интернете, основана на сложности вычислений. По сути, она основана на нашей вере в то, что разложить составное многозначное число на множители из простых чисел достаточно сложно и очень долго. Это трудоемкая задача даже для машины, а при увеличении длины разлагаемого числа на простые сложность задачи растет кратно. Квантовый компьютер значительно сокращает это время: задачу, которая могла бы решаться веками, он может решить за ночь. Квантовая криптография обеспечивает защиту информации на математически строгом уровне, основывая сам принцип защиты информации на сложных математических вычислениях, в противовес простому разложению сложного числа на простые. При использовании квантов в криптографии ключ, который служит для дешифровки передаваемой зашифрованной информации, передается с помощью одного фотона, одной частицы, которая при перемещении от отправителя зашифрованного сообщения к получателю не может быть незаметно перехвачена и скопирована. В самом квантовом состоянии этого фотона кодируется ключ. Если фотон дошел до адресата без изменений, это значит, что ключ точно секретный. Прочитать такой ключ можно всего один раз, дальше квантовое состояние частицы меняется.

Не отстают квантовые технологии и в более простых и обыденных вещах, таких, как телевизор или лампочки освещения. Сегодня в эти области активно пробивают себе дорогу квантовые точки и квантовые ямы, которые за счет эффектов квантового ограничения позволяют получить яркие цвета с малыми энергетическими затратами.

Квантовые технологии сегодня – одно из перспективных направлений развития науки в России. Однако, то, что сейчас сделано учеными – только первые шаги в изучении и освоении этой технологии, в будущем ученым предстоит сделать еще очень многое. Уже через несколько лет эксперты ожидают настоящий технологический прорыв в этой области и появление новых устройств, которые полностью изменят нашу жизнь, как раньше это сделали компьютеры, интернет, мобильные телефоны и многие другие устройства, без которых современный человек не представляет жизни.

Разработчик в области квантовых технологий – это ученый, который, используя знания и принципы квантовой механики, а также физические явления, происходящие на уровне малых частиц, работает над созданием квантовых устройств. Так как квантовые технологии охватывают множество областей, то специалист может работать в разных направлениях, например, разрабатывать процессор для квантового компьютера, или устройства для шифрования данных.

Сегодня эта профессия только формируется. Это специалист, стоящий на стыке нескольких профессий, при этом понимающий современную физику и разные аспекты современных технологий. Он должен быть и нанотехнологом и электроинженером и оптиком одновременно, и еще немного математиком и химиком. И, кроме того, обладать пониманием квантовой механики.

Сегодня квантовые технологии требуют универсальных людей, способных как провести расчеты, так и «протравить» свою разработку на чипе и разработать работающую электронную схему, и уметь смешивать химические реактивы и пр.



Занимается изучением и развитием квантовых технологий, работает над созданием новых устройств, в основе работы которых лежат квантовые технологии.

В профессиональной деятельности специалист обычно решает следующие задачи:

  • Проведение исследований в сфере квантовой механики, работа в команде ученых.
  • Разработка новых принципов, на которых могут работать устройства квантовых технологий.
  • Поиск новых технологичных решений использования принципов квантовой механики в новых устройствах.
  • Работа над инженерными решениями: разработка устройства самих новых приборов, работа которых основана на квантовых технологиях.


  • Математика. Знание основных математических законов и закономерностей, теорий, формул и аксиом
  • Механика. Знание машин и инструментов, в том числе их конструкций, правил использования, ремонта и технического обслуживания
  • Квантовая механика
  • Физика. Знание основных законов физики, механизмов физических явлений, физических закономерностей


  • Естественнонаучные навыки. Умение применять знания в области естественных наук при решении профессиональных задач
  • Математические навыки. Умение применять математические теоремы и формулы при решении профессиональных задач
  • Системный подход. Умение мыслить системно, понимать принципы взаимодействия элементов в системе, взаимодействия системы и внешней среды, понимание причин и особенностей изменения системы в зависимости от внешних и внутренних факторов
  • Наблюдения. Навыки проведения научных наблюдений, регистрации полученных результатов и их анализа
  • Работа с информацией. Навыки поиска, обработки и анализа полученной информации
  • Программирование. Навыки написания программного кода и его отладки
  • Научно-исследовательские навыки. Умение проводить исследования, ставить эксперименты, собирать данные
  • Комплексный подход к решению проблем. Рассмотрение проблемы в контексте и с разных точек зрения, разработка способа решения проблемы, опираясь на знания о всех аспектах проблемы


  • Упорядочивание информации. Способность организовать данные, информацию, а также вещи или действия в определенном порядке в соответствии с определенным правилом или набором правил
  • Визуализация. Создание в воображении детальных образов тех объектов, которые необходимо получить по результатам работы
  • Оригинальность мышления. Способность к генерации необычных идей, предложению нестандартных решений
  • Открытость новому. Способность быть на волне появления новой технической информации и знаний, связанных с работой
  • Усвоение информации. Способность быстро воспринимать и усваивать новую информацию
  • Внимательность к деталям. Способность концентрироваться на деталях при выполнении задач
  • Гибкость мышления. Способность оперировать несколькими правилами одновременно, комбинировать их, выводить наиболее актуальную модель поведения
  • Математические способности. Способности к математике и точным наукам, понимание логики математических положений и теорем
  • Аналитическое мышление. Способности к проведению анализа и прогнозированию ситуации, получению выводов на основе имеющихся данных, установлению причинно-следственных связей
  • Изобретательность. Способность быстро находить решения в самых разных ситуациях с помощью нестандартных методов
  • Критическое мышление. Способность мыслить критически: взвесить все "за" и "против", слабые и сильные стороны каждого подхода к решению проблемы и каждого возможного результата
  • Техническое мышление. Способность разбираться в технике, принимать решения, требующие понимания технической и инженерной стороны вопроса, техническая смекалка




  • Фильмы BBC: Секреты квантовой физики

Мне подходит эта профессия?
Пройти тест
Как стать специалистом
Дополнительное образование
Узнайте больше о возможных программах подготовки к профессии еще в школьном возрасте.
Основное профессиональное образование
Проценты отражают распределение специалистов с определенным уровнем образования на рынке труда. Ключевые специализации для освоения професии отмечены заленым цветом.
100
%
Высшее
  • Прикладные математика и физика
  • Фундаментальные математика и механика
  • Физика
  • Техническая физика
0
%
Среднее профессиональное
Дополнительное образование для взрослых
Обязательные этапы дополнительного образования для освоения профессии отмечены зеленым цветом.
  • Аспирантура в области квантовой механики

Профессии в лицах

Юрий Курочкин
Юрий Курочкин
Юрий Курочкин, кандидат физико-математических наук, руководитель группы квантовых коммуникаций Российского квантового центра. Окончил Московский Физико-технический Институт в 2007 году, в 2012 году защитил кандидатскую диссертацию по теме «Методы по...
Юрий Курочкин, кандидат физико-математических наук, руководитель группы квантовых коммуникаций Российского квантового центра. Окончил Московский Физико-технический Институт в 2007 году, в 2012 году защитил кандидатскую диссертацию по теме «Методы повышения пропускной способности квантовой криптографии». Руководит разработкой промышленного устройства для квантовых коммуникаций и демонстрацией его работы в "городских" условиях. В основу работы устройства легли передовые научные, технологические и инженерные решения Юрия и возглавляемого им коллектива. По целому ряду показателей разрабатываемое устройство превосходит существующие аналоги, что является свидетельством конкурентоспособности устройства. Научные результаты, полученные Юрием, опубликованы в престижных научных журналах (Nature Photonics, Physical ReviewLetters, New Journal of Physics и др.), а также представлены на ведущих отечественных и международных научных конференциях. В разные годы принимал участие в международных исследованиях, проводимых в Корейском институте науки и техники, Университете Франш-Конте (Франция), Институте Физики Полупроводников СО РАН (Россия), Университете Калгари (Канада). Был награжден стипендией Французского посольства и научной премией для молодых кандидатов наук в конкурсе молодых ученых Российского квантового центра.
Читать дальше
Алексей Акимов
Алексей Акимов
Алексей Акимов – кандидат физико-математических наук, профессор Техасского Университета A&M, руководитель совместной лаборатории RQC-ФИАН (Сколково). Алексей закончил Московский Физико-технический Институт в 2000 году, там защитил кандидатскую диссер...
Алексей Акимов – кандидат физико-математических наук, профессор Техасского Университета A&M, руководитель совместной лаборатории RQC-ФИАН (Сколково). Алексей закончил Московский Физико-технический Институт в 2000 году, там защитил кандидатскую диссертацию в 2003 году. С 1997 года он начал работать в лаборатории оптики активных сред отделения оптики Физического Института им. П.Н. Лебедева РАН, где и выполнил свою кандидатскую работу. Его исследования фокусировались на спектроскопии узких нелинейных резонансов в атомных парах и ансамблях лазерно охлажденных атомов, а также их возможных приложениях в метрологии. С 2006 года Алексей присоединился к группе Михаила Лукина в Гарвадском университете, где он работал над созданием спин-фотонных интерфейсов, в том числе изучая взаимодействия квантовых точек с плазмонами и плазмонными резонаторами, а также взаимодействие холодных атомов с фотонными структурами. Там же он начал заниматься сенсорными приложениями центров окраски в алмазе, в частности магнитометрии с NV центрами. С 2010 по 2012 года он исполнял обязанности директора Российского Квантового Центра. С 2012 год он стал руководителем одной из научных групп в этом центре, начав новый проект по созданию квантовых симуляторов на основе атомов тулия. С октября 2015 года Алексей стал профессором физического факультета Texas A&M University.
Читать дальше
Интересные факты
  • Единица информации, обрабатываемой обычным компьютером, называется бит. Значение бита может быть равно 0 или 1. В квантовом компьютере единицей информации служат кубиты, которые также могут иметь два положения, но есть у них и третье — одновременно 1 и 0.
  • 14 декабря 1900 года – один из самых важных дней в развитии науки физики. Именно этот день считается днем рождения квантовой теории, легшей в основу формирования квантовой механики – одного из разделов теоретической физики. 14 декабря Макс Планк на заседании Немецкого физического общества зачитал свою статью «К теории распределения энергии излучения в нормальном спектре», в которой предложил универсальную постоянную h, впоследствии названную в его честь – постоянной Планка.

Похожие профессии

Занимается проектированием и эксплуатацией энергетических станций и оборудования для переработки органических отходов.
Зарплата:
30 000 - 70 000 руб.
Востребованность
Занимается разработкой, производством и эксплуатацией систем теплового и энергетического обеспечения.
Зарплата:
15 000 - 70 000 руб.
Востребованность
Занимается созданием и обслуживанием систем сбора информации об энергопроизводстве и энергопотреблении городских объектов и автоматизацией управления сетями для повышения эффективности энергопотребления: снижения потерь электрической энергии и повышения надежности электроснабжения потребителей.
Зарплата:
30 000 - 200 000 руб.
Востребованность