Academic literature on the topic 'Квантова інформатика'

Метою дослідження є проектування та реалізація комп’ютерно-орієнтованого навчання майбутніх учителів хімії та інформатики моделюванню об’єктів (процесів, явищ та систем) квантової механіки на другому рівні вищої освіти. Задачами дослідження є обґрунтування необхідності навчання магістрів хімії – майбутніх учителів хімії та інформатики – комп’ютерного моделювання об’єктів квантової механіки за підтримки спеціалізованого програмного засобу «Активний конструктор ієрархічних систем»; визначення змісту лабораторного практикуму з дисципліни (факультативного курсу) «Новітні інформаційні технології в наукових дослідженнях та освіті» та особливостей методики його навчання. Об’єктом дослідження є процес навчання бакалаврів та магістрів хімії – майбутніх учителів хімії та інформатики. Предметом дослідження є зміст та програмні засоби навчання комп’ютерного моделювання об’єктів квантової механіки. У роботі засвідчено необхідність навчання майбутніх учителів хімії та інформатики теорії та практики комп’ютерного моделювання об’єктів квантової механіки, подано розгорнутий зміст комп’ютерно-орієнтованого лабораторного практикуму вибіркової дисципліни (факультативного курсу) «Новітні інформаційні технології в наукових дослідженнях та освіті» для магістрів спеціальності 014 Середня освіта (Хімія), зазначено особливості методики його упровадження. Результати дослідження: узагальнення рекомендацій щодо проектування освітніх стандартів та навчальних планів підготовки магістрів за спеціальністю 014 Середня освіта (Хімія) та спеціалізацією 014 Середня освіта (Інформатика).

A methodical analysis of the basic problem related to quantum calculations of parameters of physical systems was made. Emphasis is placed on the physical principles of the operation of a quantum computer, with an emphasis on the fact that simultaneous access to all quantum states is important in quantum computing, which allows the simultaneous change of the quantum state from all superpositions in the qubit system. Emphasis is placed on the fact that in quantum algorithms the Fourier transform and the Hadamard transform are the basic operations - as a simple discrete Fourier transform. The reader's attention is drawn to the fact that quantum computing is primarily implemented in quantum objects with the properties of elementary NOT gates and controlled CNOT, which can be implemented on a Mach-Zehnder interferometer using the phenomena of photon interference and rotation of its polarization vector. Despite the progress of conventional computers, the need for the development of quantum computing is due to the technological limitation due to the dimensional quantization of the electronic spectrum and the exponential increase in the time of calculations by classical algorithms when the volume of data increases. However, the widespread use of quantum computers is limited by a number of problems. This is, first of all, insufficient accuracy and high sensitivity to external influences that can destroy the quantum state. Therefore, to increase the accuracy of calculations on a quantum computer, the calculation algorithm must be repeated a certain number of times, and to avoid the destruction of the quantum states of the qubit, low temperatures are used.

Анотація У червні 2025 року виповнюється 85-років із дня народження видатного українського вченого проф. Озара Петровича Мінцера. У цій статті представлено короткий огляд напрямків результатів наукових досліджень, над якими останні роки працює цей видатний науковець України. Мета – популяризація сучасних медичних знань серед академічної спільноти України заради прогресивних змін у науковій парадигмі. Матеріали і методи. Загально наукові методи та системний аналіз літератури було використано. Висновки. 1) Професором О. Мінцером було зроблено значний фундаментальний внесок у розвиток медицини завдяки сприянню інтеграції у неї медичної інформатики, у тому числі штучного інтелекту та цифрових технологій навчання та статистичних систем баз даних у медицині. 2) Дослідження інформаційних аспектів здоров’я і концептуалізація Магнітоелектрохімічної теорії є новаторськими науковими напрямками у медицині, які відкривають новітні горизонти для розуміння квантових механізмів передачі енергії і інформації у тілі людини, вивчення квантового патогенезу захворювань внутрішніх органів і створення новітніх напрямків квантових галузей у медичній науці. 3) Квантова роль м’язів, концепція біофотонового сигналінгу, квантова роль мітохондрій, роль біофотонів у міжклітинній і організменний комунікації у тілі людини є важливим фундаментальним внеском у медичну науку і є перспективними науковими трендами для створення новітніх наукових напрямків досліджень. 4) Навчально-науковий проєкт «Біоелектронна медицина або Подивись на медицину інакше» за участю і керівництвом професора О. Мінцера надає академічній спільності можливість використання новітніх новаторських ідей, концептів, знань у подальшій трансформації і розвитку наукової медичної парадигми.

Реформа системи вищої освіти завдяки цілеспрямованій праці Міністерства освіти і науки та вузів дала позитивні результати, але ще не вирішила головного завдання – підвищення якості підготовки спеціалістів, які потрібні державі і суспільству для творчої професійної діяльності в період науково-технічного прогресу людства і ринкових відносин.Головною причиною цього, на мій погляд, є те, що розвиток системи освіти тісно пов’язаний з економічними проблемами держави та національними особливостями суспільства, а ми намагаємось розв’язати освітянські проблеми за іноземним зразком, забуваючи що, наприклад, в Америці, звідки взято найбільше запозичень, цивілізована ринкова економіка, в якій визначальними є закони та справа. В них життєвий успіх спеціаліста визначається рівнем його підготовки у вузі, а недоукам не дають роботи на власних фірмах навіть батьки. У нас життєвий успіх спеціаліста у великій мірі залежить від зв’язків, причому ця “хвороба” так укоренилася, що сприймається за нормальні речі. Дане явище потрібно якнайшвидше ліквідувати, бо воно сильно гальмує прогресивний розвиток.В порівнянні з економікою передових капіталістичних держав, економіка України має інші проблеми. Там її основою є новітні технології з використанням сучасної техніки і головним для них є знайти ринки збуту для конкурентноспроможної продукції. В нас же головною проблемою є необхідність технічного переозброєння більшості галузей промисловості і сільського господарства, тому що на одиницю продукції (в більшості низької якості) відносно світових показників набагато вищі витрати енергоносіїв та сировини.Зрозуміло, що ці проблеми можуть успішно вирішувати спеціалісти високої кваліфікації, які підготовлені до творчої професійної діяльності по створенню ефективних технологій та машин для їх реалізації. Рівень кваліфікації спеціаліста будь-якого профілю, а особливо це стосується підготовки сучасних інженерів, залежить від рівня його базової фундаментальної підготовки, яка є наріжним каменем технічної освіти. За всіх часів дана теза була постулатом і ніким не спростовувалась. Тим більш вражаючим є той факт, що роль фундаментальних дисциплін в навчальному процесі постійно знижується. Щоб переконатися в цьому, достатньо порівняти обсяги годин, що відводяться на їх викладання в недалекому минулому з нинішніми. Але ж ми хочемо, щоб наші випускники мали рівень кваліфікації не нижчий за рівень спеціалістів, що випускають кращі закордонні вузи!Проведений порівняльний аналіз навчального навантаження з математики, фізики і хімії для різних напрямків підготовки у нас і в деяких закордонних вузах також засвідчує, що питома вага майже з усіх фундаментальних дисциплін в них приблизно в два рази більша, ніж у нас. Деякі відхилення маємо в Краківській гірничій академії, але в Польщі зовсім інша система середньої освіти. В них дванадцятирічна середня освіта, причому в технічних ліцеях чи гімназіях, наприклад, учні вже вивчили матаналіз, який в нас студенти вивчають протягом першого курсу. Крім цього, в них має місце тісний зв’язок фундаментальних дисциплін з майбутньою професією. В австрійських і німецьких вузах, наприклад, назва дисциплін звучить так: математика для машинобудівників, чи електриків, чи економістів. Точно так само і фізика та хімія читаються відповідно до обраної спеціальності. Тут, на мою думку, йдеться про питання державної ваги і його треба вирішувати на відповідному рівні. Не принижуючи значення інших наук, необхідно все ж наголосити, що саме фундаментальні дисципліни формують основи наукового світогляду кожної людини, саме фізика, хімія і математика складають основу науково-технічного прогресу людства.Також треба визнати, що у справу погіршення фундаментальної освіти значний “внесок” робить і середня школа, в якій рівень знань учнів, наприклад, з фізики і хімії, вже опускається до критичної межі. Одним із каталізаторів такого становища стала відміна вступного іспиту з фізики на переважну більшість факультетів багатьох технічних університетів. Цей сигнал чітко зрозуміли вчителі, учні і їхні батьки. В результаті вузівські викладачі, а пізніше і викладачі інших технічних дисциплін, в розпачі від низького рівня знань фундаментальних дисциплін своїх студентів. Вони за перші семестри намагаються ліквідувати прогалини шкільної освіти, але це, як правило, не вдається. Пізніше такі студенти отримують дипломи інженерів, деякі вступають до аспірантури та стають викладачами, тобто колесо виродження все більше розкручується. Те, що в даний час відбувається із шкільними і вузівськими програмами фундаментальних дисциплін, є копіюванням нашою освітою чужих методик і ідей. Але саме наші спеціалісти, які навчались математики, фізики і хімії за традиційними програмами, є бажаними в різних зарубіжних наукових центрах, які працюють в галузі фізики плазми, твердого тіла, квантової електроніки, тощо. Тому не варто відкидати те позитивне, що напрацьовано десятиріччями і яке давало нам Нобелівських лауреатів та здобутки світового рівня у різних областях знань, технологій і техніки.Треба відзначити, що одне із найгостріших питань, які обговорювались на загальних зборах Відділення фізики і астрономії НАН України – низький рівень освіти з фізики у школах і вузах країни. До Президента України і уряду відповідне звернення підписали сорок дійсних членів та членів-кореспондентів НАН України. Як же покращити фундаментальну підготовку фахівців? Відомо, що тепер вузи мають значні автономні права і варто ними скористатися, не чекаючи рішень “згори”. В нашому національному університеті нафти і газу завдяки правильному розумінню ситуації з боку ректора, відомого у світі вченого в області механіки машин, академіка Української нафтогазової академії, професора Крижанівського Є.І., зроблені відповідні кроки щодо виправлення ситуації та покращення викладання фундаментальних дисциплін, без яких не може бути повноцінного інженера, який би успішно конкурував на міжнародному ринку праці. Два роки тому Вченою Радою університету було створено інститут фундаментальної підготовки, який згідно Положення є навчально-методичним, навчально-організаційним і науково-дослідним підрозділом університету на правах факультету для практичного втілення концепції вищої багатоступеневої інженерно-технічної освіти на базі глибоких фундаментальних знань з вищої математики, фізики і хімії. До складу інституту входять три кафедри фундаментальних наук, на черзі створення іще двох кафедр. Сьогодні можна констатувати, що створення такого інституту було необхідним і корисним, так як кафедри фізики, вищої математики і хімії вирішують спільні питання та об’єднані однією метою – покращити базову фундаментальну підготовку фахівців. Викладачі мають можливість обмінюватись досвідом своєї роботи, бо знаходяться на одному рівні, тоді як раніше були в певній мірі на другорядних ролях, оскільки кафедри відносились до різних факультетів, які більше розв’язують задачі спеціальної підготовки.Дуже важливим моментом у діяльності інституту була участь в організації і проведенні VIII науково-методичної конференції, на якій обговорювались питання фундаментальної підготовки фахівців і на яку були запрошені викладачі з інших вузів та вчителі шкіл і коледжів. При підготовці до конференції виконано значний об’єм роботи по вивченню і порівнянню навчальних планів різних спеціальностей у нашому університеті та багатьох європейських технічних вузах. Цей аналіз було покладено в основу рекомендацій, які затвердила наша Вчена Рада і які стали програмою діяльності інституту. Так, враховуючи неможливість перегляду навчальних планів спеціальностей в сторону збільшення аудиторних годин на вивчення фізики, математики, хімії, інформатики і програмування ми змістили акцент при їх викладанні в сторону профілізації навчального процесу в залежності від потреб профілюючої кафедри, тобто змінили зміст робочих програм дисциплін. Також на кафедрах інституту запроваджено керовану і контрольовану самостійну роботу, тобто йде мова про індивідуалізацію навчального процесу, оскільки світ на початку ХХ1 століття надзвичайно швидко змінюється, – вперше в історії розвитку людства покоління теоретичних ідей і машин змінюються в часі швидше, ніж покоління людей, а тому потрібно навчити студентів, майбутніх фахівців, самостійно знаходити необхідні знання в морі інформації що нас оточує для досягнення певного освітнього рівня. Для реалізації даного напрямку роботи потрібно змінити роль викладача: замість передавача певної суми знань студенту, він повинен стати координатором навчального процесу, консультантом, керівником навчання. Зауважу, що зміна функцій викладача – це довготривалий процес по підвищенню фахового рівня професорсько-викладацького складу.Проведений аналіз показав, що в нас є недостатнє забезпечення студентів навчально-методичною літературою. Тому в інституті сформовано єдиний план підготовки і випуску підручників, навчальних посібників, конспектів лекцій, електронних посібників тощо, а також створені творчі колективи, які повинні якнайшвидше забезпечити всіх студентів необхідними дидактичними матеріалами українською мовою.Дуже важливим напрямком діяльності інституту є налагодження співпраці і зв’язків наших кафедр із спорідненими кафедрами технічних вузів України. До речі, це один із шляхів більш швидкого забезпечення методичною літературою студентів внаслідок обміну, а також підвищення кваліфікації викладачів.Розв’язанню проблеми покращення фундаментальної підготовки майбутніх фахівців сприяє використання нових інформаційних та телекомунікаційних технологій проведення навчального процесу з використанням відповідних технічних засобів (аудіо- і відеоапаратури, комп’ютерів, телебачення, мережі Інтернет та ін.). Для цього потрібно використовувати як мізерні бюджетні кошти, так і залучати кошти різних фондів під проекти навчально-методичного характеру. Адже саме отримання грантів у великій мірі допомагає зміцнювати матеріально-технічну базу кафедр.Також хочу зачепити іще одне болюче питання вищої школи. З метою виживання зараз у вузах ми маємо поряд із студентами, які навчаються за рахунок бюджетних коштів, так званих контрактників. Це добре, але борючись за гроші ми намагаємось зберегти більшість студентів, що веде до зниження якості навчання. У даній ситуації кафедри фундаментальної підготовки в найгіршому становищі, тому що перед ними постає завдання виправлення браку середньої школи і відбору студентів для їх подальшого навчання. В нашому університеті знайдено вихід з даної ситуації: в навчальний процес впроваджено модульну технологію в поєднанні з визначенням рейтингу студентів. Було проведено п’ять науково-методичних конференцій, результати роботи яких дозволили розробити і вдосконалити “Положення про систему поточного, підсумкового контролю і оцінювання знань та визначення рейтингу студентів”. Треба відзначити, що через консерватизм характеру людини, все нове важко приживається. Але завдяки саме волі ректора Крижанівського Є.І. дана система організації і проведення навчального процесу працює, стимулюючи систематичну і самостійну роботу студентів протягом всього семестру. Вона підвищує об’єктивність оцінки знань, активізує навчальну діяльність та розвиває творчі здібності студентів, а результати екзаменаційних сесій та висновки більшості викладачів стверджують, що впровадження даної технології навчання є виправдане і сприяє підвищенню фахового рівня спеціалістів.Аналізуючи етапи і тенденції розвитку фундаментальної підготовки в технічному вузі приходимо до висновку, що зараз, коли створені нові форми і методи управління навчальним процесом, потрібен перехід до нових принципів формування змісту. Тому, створюючи нові інтенсивні технології навчання, треба зберегти глибокі традиції нашої фундаментальної підготовки та поєднати їх із здоровим прагматизмом заходу, тобто додати їй прикладну спрямованість. Це потребує координації зусиль викладачів різних предметів, великих затрат часу, тому що ці технології повинні базуватись на ідеї синтезу усіх дисциплін та принципу фундаментальності освіти, які об’єднують закономірності процесу пізнання і повинні враховувати ментальність нашого народу.