Квантовий світ: від фундаментальної науки до технологій майбутнього
2025 — Міжнародний рік квантової науки і технологій. 4-5 лютого 2025 року в штаб-квартирі ЮНЕСКО в Парижі відбулося офіційне відкриття Міжнародного року квантової науки та технологій (International Year of Quantum Science and Technology, IYQ).
Шановні читачі!
До цієї віртуальної виставки увійшли далеко не всі видання, що зберігаються в Науковій бібліотеці та присвячені квантовій науці. Щоб вибрати 10 із понад 700 записів е-каталогу, ми поклалися на консультацію чатбота з генеративним штучним інтелектом ChatGPT. Текст для виставки створювався без залучення експертизи науковців у галузі квантової науки й технологій. Тож просимо керуватися критичним мисленням під час віртуального огляду.
Наукова бібліотека імені М. Максимовича зберігає 3,5 млн примірників, які заслуговують вашої уваги та знайомства з широкою авдиторією. Запрошуємо науковців, митців, студентів до співпраці зі створення тематичних віртуальних виставок. Ви можете запропонувати тему для виставки, стати її кураторкою чи куратором, дістати оригінальний розголос для свого дослідження на публічному майданчику, привернувши увагу до теми чи власної експертизи. Для цього заповніть, будь ласка, форму заявки: https://forms.gle/
Квантові технології — це сукупність підходів, інструментів і розробок, які використовують властивості квантової фізики. Вони охоплюють широкий спектр наукових дисциплін: від фізики та хімії до біології та інформаційних технологій.
Ці дослідження допомагають краще зрозуміти і найдрібніші частинки матерії, і структуру Всесвіту. Квантові технології відіграють важливу роль у побудові стійкого та безпечного майбутнього для всього людства.
Цією віртуальною виставкою ми хочемо привернути увагу до квантової науки. На жаль, ми не можемо тут представити всі дотичні наукові праці, які доступні для прочитання в Науковій бібліотеці імені М. Максимовича. Утім, ми відкриті до глибших читацьких поглядів і досліджень.
Основи квантової механіки: як це працює?
Основні принципи квантової фізики стали базою для майбутніх технологічних проривів. Йдеться про корпускулярно-хвильовий дуалізм, принцип невизначеності Гейзенберга, суперпозицію та тунелювання. Розуміння квантового світу починається з класичних підручників:
- Іван Вакарчук «Квантова механіка» (2004)
- Ігор Юхновський «Основи квантової механіки» (2002)
- Володимир Висоцький «Квантова механіка та її використання у прикладній фізиці» (2008)
Популярне пояснення принципа суперпозиції: котик Шредінгера
Концепція квантової суперпозиції є однією з фундаментальних ідей у квантовій механіці, а кіт Шредінгера пояснює, як частинки можуть перебувати в кількох станах одночасно. Уявіть, що у вас є коробка, в якій міститься кіт. Ми не знаємо, спить кіт чи ні, поки не зазирнемо в коробку. Згідно з квантовою механікою, кіт спить і не спить водночас. Саме так вчені сприймають поведінку частинок на квантовому рівні.
Іван Вакарчук (2004). Квантова механіка
Вакарчук І.О. Квантова механіка : підручник для студ. вищ. навч. закл. / І.О. Вакарчук. – 2-ге вид., доп. – Львів : Львівський національний університет імені І.Франка, 2004. – 784 с. – ISBN 966-613-188-9
Квантова статистика та її значення
«Лекції з квантової статистики» Миколи Боголюбова
Фундаментальну роль у квантовій науці відіграє статистичний підхід. Однією з важливіших праць у цій галузі є «Лекції з квантової статистики» Миколи Боголюбова. Цю монографію професор написав на основі спецкурсів статистичної фізики, які він читав у Київському та московському університетах. Книга була видана українською мовою, тому всі зацікавлені студенти з радянської імперії багато років мали навчатися саме за українськомовною версією.
Квантова статистика пояснює поведінку багатьох частинок одночасно. Без цих знань неможливо було б пояснити надплинність, надпровідність та поведінку плазми.
Микола Боголюбов (1949). Лекції з квантової статистики
Боголюбов М.М. Лекції з квантової статистики : Питання статистичної механіки квантових систем / М.М. Боголюбов. – Київ : Радянська школа, 1949. – 228 с.
Квантові технології: комп’ютери та криптографія
Квантові комп’ютери — одна з найбільш революційних технологій, яка змінить світ. Основою для їх розуміння може стати книга
- Миколи Будника, Олександра Баужи, Ігоря Войтовича, Володимира Корсунського «Вступ до квантових обчислень та квантових комп’ютерів» (2014).
Це один із перших українськомовних навчальних посібників, присвячених квантовим обчисленням. Книга містить:
- Основи квантової механіки, необхідні для розуміння обчислень.
- Концепцію кубітів і операцій над ними.
- Ключові алгоритми квантових комп’ютерів (Шора, Гровера).
- Фізичну реалізацію квантових машин.
Цікаво!
Google у 2019 році заявила про досягнення «квантової переваги» – квантовий комп’ютер виконав розрахунок за 200 секунд, на який класичний суперкомп’ютер витратив би 10 000 років!
Микола Будник (2014). Вступ до квантових обчислень та квантових комп’ютерів
Вступ до квантових обчислень та квантових комп’ютерів : [навч. посібник] / М.М. Будник, О.С. Баужа, І.Д. Войтович, В.М. Корсунський ; [Київ. нац. ун-т ім. Тараса Шевченка]. – Київ : Інтерсервіс, 2014. – 95, [1] с. : іл., портр. – Бібліогр.: с. 95. – ISBN 978-617-696-287-8
Квантова біологія та медицина
Несподівано квантові явища проявилися і в біології. Тут варто згадати працю
- Анатолія Супруна, Людмили Шмельової «Квантово-фізичні аспекти описання білкових молекул» (2023).
Досліджено структурні особливості, які визначають функціонування білкових молекул. Проаналізовано квантову фізичну модель, яка дає змогу пояснити функціональні особливості білків, зокрема, зміни їх конформації та метаболічний перенос електрона.
Для науковців, аспірантів та студентів, які спеціалізуються в галузі теоретичної фізики.
Анатолій Супрун (2023). Квантово-фізичні аспекти описання білкових молекул
Супрун А.Д. Квантово-фізичні аспекти описання білкових молекул / А.Д. Супрун, Л.В. Шмельова. – Київ : Інтерсервіс, 2023. – 153, [1] с. : іл., табл. – Бібліогр.: с. 144-153. – ISBN 978-966-999-343-4
Ірина Добронравова, доктор філософських наук, професор, завідувач кафедри філософії та методології науки Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Квантова фізика живого : збірка наукових праць. Суми : Університетська книга, 2021. 424 с. (онлайн)
- Журнал «Фізика живого»
1993 року під редакцією професора Сергія Сітька НДЦ [Науково-дослідний центр квантової медицини] «Відгук» розпочав видання власного журналу «Фізика живого» (“Physics of the Alive”). Нова українська держава тоді ще не приєдналася до міжнародної системи присвоєння журналам індексу ISSN, тож я самотужки отримала його для нового журналу в 1994 році у відповідній міжнародній інстанції у Парижі, привізши туди перший номер (дорогою з Нансі, де проходив Пуанкаре-конгрес, у філософській секції якого я брала участь). У всіх інших розділах книги вміщені статті, які здебільшого видавалися у цьому журналі, до редакційних рад якого входили визначні спеціалісти з тих галузей, які об’єднують фізику живого та квантову медицину – фізики, біофізики, біологи та медики.
Фізика живого (Біофізика і далі) = Physics of the alive (Biophysics and Beyond) : Теоретичне і науково-практичне видання. – Київ. – ISSN 1023-2427
Фізика живого (Біофізика і далі) = Physics of the alive (Biophysics and Beyond) : Теоретичне і науково-практичне видання / Науково-дослідний центр квантової медицини “Відгук”. – Київ, 1993-. – ISSN 1023-2427
Т. 19, № 2. – 2011
- Іван Чекман «Квантова фармакологія» (2012)
«Квантова фармакологія — наука, яка застосовує принципи теоретичної хімії, квантової фізики, квантової механіки та методи комп’ютерного моделювання для дослідження молекулярної структури лікарських засобів, вивчення механізмів їх взаємодії з рецепторами, біомолекулами організму для встановлення первинної фармакологічної реакції медикаментів, а також цілеспрямованого синтезу оригінальних препаратів з метою більш раціонального застосування їх у клінічній практиці» (Чекман І.С., 2012).
Виявилося, що деякі процеси в організмах, наприклад фотосинтез або орієнтація птахів у просторі, можна пояснити лише через квантові ефекти. Це відкриває шлях до нової медицини та точніших фармацевтичних досліджень.
Іван Чекман (2012). Квантова фармакологія
Чекман І.С. Квантова фармакологія / І.С. Чекман ; Нац. мед. ун-т ім. О.О. Богомольця. – Київ : Наукова думка, 2012. – 179, [4] с. : іл., табл. – Бібліогр.: с. 163-180. – (Проект “Наукова книга”). – ISBN 978-966-00-1164-9
Сторінки з книги
Квантова хімія та оптика
- Віталій Яцимирський, Андрій Яцимирський «Квантова хімія» (2009)
«Тунельний ефект носить виключно квантовий характер», — з підручника «Квантова хімія» В. Яцимирського, А. Яцимирського.
До відкриття тунельного ефекту класична теорія окисно-відновних реакцій працювала досить добре, але не могла пояснити певні аномалії — особливо в реакціях, що відбуваються на дуже малих масштабах.
У класичній електрохімії вважалося, що для перенесення електрона від донора до акцептора частинки повинні фізично контактувати. Але:
- У деяких випадках реакція проходила навіть тоді, коли відстань між реагентами була більшою, ніж передбачали класичні моделі.
- Це спостерігалося у ферментах, металевих наночастинках і напівпровідниках, де електрони могли «перескакувати» без прямого контакту.
- Саме квантове тунелювання електронів пояснило цей феномен: електрон може миттєво переноситися через енергетичний бар’єр без потреби в додатковій енергії.
Про видання:
– глибокий підручник для студентів-хіміків;
– містить вправи;
– містить додатки з інформацією до деяких розділів квантової хімії, а також математичними обґрунтуваннями
Віталій Яцимирський (2009). Квантова хімія
Яцимирський В.К. Квантова хімія : підручник для студ. хім. спец. вищ. навч. закл. / В.К. Яцимирський, А.В. Яцимирський ; КНУТШ. – Київ : Київський університет, 2009. – 479 с. – ISBN 978-966-439-160-0
Pierre Meystre “Atom Optics” (2001)
«П’єр Местре — теоретичний фізик з Університету Арізони. Його книга Atom Optics стала першою опублікованою працею з цієї тематики… Вона добре структурована та витончено написана. Я вважаю, що ця книга, у поєднанні з працею Гела Меткафа Laser Cooling and Trapping, є чудовим вступом до атомної оптики на рівні післядипломної освіти» (A. G. Truscott, The Physicist, Vol. 39 (4), 2002).
Квантова хімія дає змогу прогнозувати властивості нових матеріалів та реакцій, а квантова оптика – створювати лазери, телекомунікаційні технології та навіть квантову телепортацію.
Pierre Meystre (2001). Atom Optics
Meystre P. Atom optics : with 42 ill. / Pierre Meystre. – New York [etc.] : AIP : Springer, 2001. – XVI, 311 p. – Index: p. 303-311. – Bibliogr.: p. 269-302. – (Springer Series on atomic, optical, and plasma physics). – ISBN 0-387-95274-8
Квантова логіка
Чи можна застосувати квантові ідеї до досліджень історико-наукових та соціально-культурних проблем? Деякі дослідники вважають, що так.
Квантова логіка розвинулася як альтернатива класичній логіці для пояснення принципів квантової механіки, зокрема суперпозиції, невизначеності та відсутності однозначної причинності.
- Микола Роженко, Наталія Роженко «Квантова логіка (Теорія. Історія. Філософія)» (2000)
«Ця книга до певної міри є Самвидавом, що став можливим завдяки організації, яка має на меті соціальний захист військовослужбовців, у цьому випадку — вченого, що працює професором філософії в одному з Київських училищ. У книзі аналізується теорія й безпосередня, а також більш глибока історія так званої квантової логіки, якій автор присвятив 30 років життя. Більш докладні відомості про цю логіку читач знайде в бібліографії, що додається. Якщо іноземні джерела в ній з квантової логіки більш або менш відомі і систематизовані (див. у біблографії, скажімо, Біхера, Холдсворта і Хукера), то джерела в кирилиці в такому повному вигляді даються вперше».
З передмови автора до видання 1993 року
Микола Роженко (2000). Квантова логіка
Роженко М.М. Квантова логіка. Теорія. Історія. Філософія / М.М. Роженко, Н.М. Роженко; Авторизований, опрацьований доповнений переклад з російської. – Київ : Український центр духовної культури, 2000. – 308с. – ISBN 966-7276-72-4
Сторінки книги
Роженко М. М. Квантова логіка. Теорія. Історія. Філософія (2000)
Квантова безпека: криптографія та інформаційні технології
За останні роки квантові технології захисту інформації стали реальністю.
- Розділ «Сучасні квантові технології захисту інформації» (2013)
«Основна ідея квантових методів захисту інформації в телекомунікаційних мережах полягає в тому, що класична інформація (криптографічний ключ або відкритий текст повідомлення) кодується станами квантових систем і передається окремими квантовими частинками. Як такі квантові частинки в протоколах квантової криптографії використовують фотони, а як квантовий канал — оптоволоконні лінії або атмосферу (оптичний бездротовий канал). Згідно із законами квантової фізики, операції над квантовими системами призводять до змін їх станів. Тому зловмисник, який бажає перехопити інформацію, неминуче змінює стани фотонів, які передаються, що завжди можуть виявити легітимні користувачі».
«Таким чином квантові технології захисту інформації, що передається, дозволяють виявити атаку пасивного перехоплення (підслуховування) в каналі зв’язку, що не завжди можливо при використанні традиційних (класичних) методів».
Цитата з розділу «Сучасні квантові технології захисту інформації», с. 564–565
Станіслав Довгий (2013). Сучасні телекомунікації
Довгий С.О. Сучасні телекомунікації : мережі, технології, безпека, економіка, регулювання / Довгий С.О, Воробієнко П.П., Гуляєв К.Д. ; за заг. ред. Довгого С.О. ; НАН України, Ін-т телекомунікацій і глобал. інформ. простору ; М-во освіти і науки України, Одес. нац. акад. зв’язку ім. О.С. Попова. – Вид. 2-ге (допов.). – Київ : Азимут-Україна, 2013. – 607 с. —
ISBN 978-966-1541-46-6
Сторінка з книги
Сучасні телекомунікації : мережі, технології, безпека, економіка, регулювання (2013)
Майбутнє за квантовими технологіями
Квантова наука вже змінила світ і робить це кожного дня. Від глибокої теорії до практичних розробок, від фізики до медицини, від обчислень до захисту інформації – квантові ідеї проникають в усі сфери нашого життя.
Важливо продовжувати дослідження. Хто знає, куди нас заведе чи виведе квантова механіка?
