Квантово-механический принцип на уроке математики

Урок цифры по теме «Квантовый мир

марта 02, 2022

Квантово-механический принцип на уроке математики

С 10 марта по 10 апреля 2022 года будет проходить всероссийская акция «Урок Цифры» по теме «Квантовый мир: как устроен квантовый компьютер».

Новый урок подготовлен в рамках реализации национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации», а также дорожной карты по квантовым вычислениям при поддержке Российского квантового центра, Национальной квантовой лаборатории и Газпромбанка.

«Урок цифры» будет состоять из теоретической части и блока с упражнениями (игрового тренажера). Десятиминутный фильм о принципах квантовой физики, устройстве нашего мира и практическом применении квантового компьютера поможет школьникам лучше понять растущий интерес к новому типу вычислительных устройств. В то же время игровые задания по обучению алгоритма и квантовому программированию позволят популяризировать науку среди учащихся 1-7 и 8-11 классов.

Все материалы будут доступны на сайте урокцифры.рф. Приступить к занятию можно в любое время: в школе с учителем или дома, самостоятельно либо с родителями.

В целях эффективной организации мероприятия 2 марта 2022 года в 10.00 час. (мск) и 14.00 час. (мск) запланирован вебинар с разработчиками Урока по методическим материалам.

Цель этого вебинары – рассказать педагогам и родителям о том, как работает квантовый компьютер, а также дать ответы на самые распространенные вопросы по проведению урока.

Слушатели узнают: как провести урок по теме “Квантовый мир: как утроен квантовый компьютер”:

  • Какую цель преследует урок;
  • Какие образовательные результаты планируются после прохождения урок;
  • Из чего состоит комплект материалов к уроку;
  • Как пользоваться материалами к уроку;
  • Содержание видеоролика, методических рекомендаций и тренажеров;
  • Предполагаемый план урока для разных возрастных групп;
  • Предполагаемые формы проведения урока.

Этот урок посвящен удивительному миру квантовой физики и квантовых технологий. Вы узнаете, чем квант отличается от кубита, а квантовая физика – от классической. Также вы узнаете о квантовом компьютере: как он работает и какие сферы нашей жизни скоро изменит. Мы покажем, кто сейчас занимается квантовыми вычислениями и технологиями будущего.

И если вам понравится путешествие в мир квантовых технологий, вы сможете выбрать эту новую сферу науки и техники своей будущей профессией!

Посмотри видеолекцию

Квантово-механический принцип на уроке математики

`

Квантовый мир: как устроен квантовый компьютер

Квантовая физика – это мир чудес, настоящая terra incognita. Здесь кот перемещается быстрее скорости света, а лампочка включена и выключена одновременно. Однако ученые узнали ее законы и даже смогли поставить их себе на службу, создав квантовый компьютер! Как он устроен? Почему крупные компании вроде Google и целые государства наперегонки хотят создать свои собственные квантовые компьютеры? Кто создает его в России? Как изменится наша жизнь после второй квантовой революции? И когда была первая?
Смотрите ролик и узнаете!

Скачать видео

Собери коллекцию достижений

Квантово-механический принцип на уроке математики

Везунчик

Открыть все карточки первого задания с первого раза в любом из тренажеров.

Квантово-механический принцип на уроке математики

Квантово-механический принцип на уроке математики

Покоритель будущего

Распределить верно с первого раза в тренажере для 1-7 класса.

Квантово-механический принцип на уроке математики

Квантово-механический принцип на уроке математики

Профессионал

Распределить все профессии с первого раза в тренажере для 8-11 класса.

Квантово-механический принцип на уроке математики

Квантово-механический принцип на уроке математики

Мастер перевода

Распределить верно все описания с первого раза в тренажере для 1-7 класса.

Квантово-механический принцип на уроке математики

Квантово-механический принцип на уроке математики

Компьютерный гений

Перенести все принципы работы квантового компьютера верно с первого раза в любом из тренажеров.

Квантово-механический принцип на уроке математики

Квантово-механический принцип на уроке математики

Квантовый программист

Распределить верно все значки с первого раза в тренажере для 8-11 класса.

Квантово-механический принцип на уроке математики

Квантово-механический принцип на уроке математики

Квантовый администратор

Отметить все задачи с первого раза в тренажере для 1-7 класса.

Квантово-механический принцип на уроке математики

Квантово-механический принцип на уроке математики

Научный языковед

Распределить верно все описания с первого раза в тренажере для 1-7 класса.

Квантово-механический принцип на уроке математики

Квантово-механический принцип на уроке математики

Все тренажеры пройдены

Авторизоваться на сайте и пройти оба тренажера урока.

Квантово-механический принцип на уроке математики

Логотип партнера

Хочешь связать свою жизнь с передовой наукой, стать специалистом в области квантовых технологий? Начни свой профессиональный путь вместе с нами. Госкорпорация Росатом (Квантовые технологии) и Российский квантовый центр помогут тебе стать участником квантового сообщества. Присоединяйся: https://t.me/QuanTeensRQC
Учебные материалы разработаны Госкорпорацией Росатом (Квантовые технологии) при поддержке Российского квантового центра и помогают ученикам познакомиться с миром квантовой физики и квантовых разработок, а также выбрать актуальную профессию будущего.

Внешняя ссылка

Технологии

Статья, опубликованная в журнале «Гарвард Бизнес Ревью Россия»

Квантовые вычисления: что нужно знать руководителям компаний

Джонатан Руэйн
, Уильям Оливер
, Эндрю Макафи

Квантовые вычисления: что нужно знать руководителям компаний

Фото: Spencer Lowell

В 1994 году математик Питер Шор предложил алгоритм квантовых вычислений, радикально сокращающий время поиска простых множителей больших чисел — у обычного компьютера на основе транзисторов это заняло бы миллиарды лет, а квантовому компьютеру хватит нескольких дней. Это был грандиозный прорыв, ведь разложение целых чисел на множители лежит в основе современного шифрования и информационной безопасности. Семь лет спустя ученые из IBM впервые продемонстрировали работу этого алгоритма на квантовой машине, хотя и очень маленькой, доказав осуществимость алгоритма Шора.

Квантовые компьютеры решают многие задачи на несколько порядков быстрее и потребляют меньше энергии, чем классические двоичные. Чтобы понять, почему так, представьте себе двумерный лабиринт. Классическому компьютеру придется пробовать один путь за другим, пока он не найдет выход. Если в лабиринте 256 возможных путей, классический компьютер должен пройти его примерно 128 раз (в среднем он испробует половину путей, прежде чем найдет выход). А квантовый компьютер может идти по всем 256 путям одновременно. Другими словами, 8-разрядный классический компьютер cпособен одномоментно представлять только одно число от 0 до 255, а 8-кубитный квантовый компьютер — все числа от 0 до 255. Как такое возможно? Ответ кроется в фундаментальных законах квантовой механики: в то время как бит (двоичный разряд в обычном компьютере) может принимать значение 0 или 1, кубит (сокращение от «квантовый бит») способен принимать не только одно из них, но и оба значения сразу.

Квантовые вычисления помогут оптимизировать инвестиционные стратегии, улучшить шифрование, вывести на рынок новые продукты и много чего еще. Исследованиями в области квантовых вычислений занимаются лучшие математики и другие ученые, конкуренция среди частных компаний очень высока, в них вкладываются огромные средства. По данным CB Insights, с 2015 по 2020 год венчурные инвестиции в эту сферу выросли на 500%. Основанный в 2016-м стартап в области квантовых вычислений PsiQuantum уже привлек более $665 млн, включая инвестиции от BlackRock и Microsoft. Тяжеловесы в области исследований и разработок — Honeywell, IBM и Intel — также включились в гонку, подготавливая следующий квантовый прорыв. Консалтинговые фирмы активно аккумулируют кадры под новые запросы клиентов; в Accenture работают 15 команд и более 100 экспертов по квантовым технологиям со всего мира. (Раскрытие информации: Accenture оказывает финансовую поддержку Инициативе по цифровой экономике MIT, где работают двое из соавторов.) В мае 2021 года Google запланировала потратить несколько миллиардов долларов на создание к 2029-му полноценного квантового компьютера, а в ее новом центре квантовых вычислений для ИИ в Санта-Барбаре разместятся сотни сотрудников, квантовый центр обработки данных, исследовательские лаборатории и производство квантовых процессоров и микросхем.





Квантовые компьютеры решают многие задачи на несколько порядков быстрее и потребляют меньше энергии, чем классические двоичные компьютеры. Они принесут две огромные перемены: придет конец существующей инфраструктуре кибербезопасности в интернете и произойдет взрывной рост вычислительных мощностей, который в перспективе изменит наш мир.

При разработке квантовых компьютеров для коммерческого применения ученые сталкиваются с великим множеством проблем. Но как только они будут преодолены, переход на постквантовую криптографию потребует больше затрат, чем для решения проблемы 2000 года, а оно обошлось Соединенным Штатам и их предприятиям более чем в $100 млрд.

В этой статье говорится о том, как приход квантовых компьютеров не только изменит парадигму кибербезопасности, но и подстегнет инвестиции в цифровую экономику, переформатирует целые отрасли и ускорит инновации.

Именно в такой среде чаще всего случаются прорывные технологические достижения. И будьте уверены: прорыв в области квантовых вычислений будет значительным. Современному деловому миру он принесет — одновременно и внезапно — две огромные перемены. Первая состоит в том, что существующей инфраструктуре кибербезопасности в интернете придет конец, и компании, не модернизировавшие ее вовремя, станут уязвимыми для атак. Вторая перемена гораздо более приятная — взрывной рост вычислительных мощностей позволит нам делать то, что сегодня невозможно и что в перспективе изменит мир.

Когда же появится квантовый компьютер для коммерческого применения? Прошло почти 20 лет с тех пор, как была доказана реализуемость алгоритма Шора, а ученые продолжают сталкиваться с множеством проблем при разработке больших квантовых компьютеров. Скептики утверждают, что еще слишком рано радоваться — или тревожиться, в зависимости от того, как вы на это смотрите, — по поводу применения квантовых вычислений в реальной жизни. Здесь уместно напомнить, что транзистор был изобретен в 1947 году, однако только спустя 25 лет создан первый 4-разрядный процессор, а еще через 25 лет Intel представила процессор Pentium Pro с несколькими миллионами транзисторов. Наукоемкая разработка — дело небыстрое, и квантовые технологии не исключение.

Но квантовые вычисления не за горами, и руководителям компаний пора подумать о том, как их приход подстегнет инвестиции в цифровую экономику, переформатирует целые отрасли и ускорит инновации. В краткосрочной перспективе это не повлияет на судьбу вашего бизнеса, но уже сегодня очень важно хорошо ориентироваться в применении квантовых технологий, чтобы ваша фирма получила преимущества и избежала возможной катастрофы в ближайшее десятилетие.

ЧТО ТАКОЕ КВАНТОВЫЙ КОМПЬЮТЕР?

Принципы квантовой механики — науки о поведении материи и света на атомном и субатомном уровне — лежат в основе таких инноваций, как МРТ, лазер, атомные часы и электронный микроскоп. Но для создания компьютера на основе этих принципов мы должны освоить совершенно новые приемы: точно управлять квантовыми системами, сохраняя при этом их «странную» природу. Это непростая задача, потому что квантовые системы, такие как фотоны и электроны, очень чувствительны и нестабильны, а их поведение бросает вызов укоренившимся представлениям об устройстве материального мира. Но если правильно использовать их парадоксы, они становятся «не багом, а фичей», открывая новые возможности.

Одно из серьезнейших препятствий на пути к созданию полноценных квантовых компьютеров — недолговечность кубитов. Они могут терять свои квантовые свойства под действием вибрации, температуры и других факторов окружающей среды, что приводит к ошибкам. На текущий момент именно ошибки в кубитах налагают ограничения на продолжительность выполнения алгоритма. Ученые работают над созданием сред, в которых взаимодействуют множество физических кубитов, создавая защищенные от ошибок логические кубиты, способные существовать гораздо дольше — достаточно долго для коммерческого применения. Скорее всего, для появления одного логического кубита потребуется около 1 тыс. физических кубитов; сегодня лучшие квантовые компьютеры имеют от 50 до 100 физических кубитов.

За последние пару лет корпорации стали заниматься созданием квантовых компьютеров гораздо активнее. IBM и Google, две наиболее оптимистично настроенные технологические компании в этой сфере, считают, что логический кубит будет продемонстрирован в ближайшие два года. Как

и в случае с компьютерами на транзисторах, возможности коммерческого применения откроются не сразу, но будут неуклонно расти по мере увеличения количества логических кубитов и уменьшения частоты возникновения ошибок.

ДЛЯ ЧЕГО НУЖНЫ КВАНТОВЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ

В ближайшем будущем разрабатывать квантовые компьютеры или владеть ими будут лишь немногие фирмы. Мы увидим модель в стиле облачных вычислений, когда компании арендуют доступ к квантовым машинам, владеет которыми относительно небольшое количество специализированных поставщиков, подобно сегодняшним AWS, Google Cloud и Microsoft Azure. (Раскрытие информации: исследования Уильяма Оливера, одного из соавторов, финансировались этими и другими упомянутыми в статье компаниями.) Квантовые компьютеры начнут использоваться не сами по себе, а станут частью гибридного решения, где задачи будут назначаться наиболее подходящей машине (квантовой или классической). Облачная инфраструктура квантовых вычислений позволит объединять ресурсы и даст эффект масштаба, что, в свою очередь, простимулирует спрос и ускорит развитие.

По мере совершенствования квантовых вычислений разработчики алгоритмов смогут быстро и многократно проверять свои идеи и догадки. Им не придется ждать несколько лет — от разработки до тестирования на полноценной машине.

Квантовые алгоритмы сильно отличаются от тех, что пишут для обычных компьютеров. Наиболее вероятно коммерческое применение пяти типов решений, причем часть из них позволит намного быстрее выполнить привычные задачи, а часть — откроет путь совершенно новым.

Когда пионеры квантовой физики Ричард Фейнман и Пол Бениофф впервые представили себе квантовый компьютер, они решили, что он откроет тайны природы. Мы начинаем видеть доказательства их предвидения. Например, моделирование химической реакции, в которой участвуют 100 электронов с сильной корреляцией (одна из таких реакций — фиксация азота), не под силу даже самым мощным из классических компьютеров. Но в 2017 году группа Маркуса Райхера, профессора теоретической химии из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, определила размер квантовой системы, которая выполнила бы эту задачу, и представила практически осуществимый подход к ее решению. Группа обнаружила, что для этого нужен кластер современных машин примерно по 100 логических кубитов каждая. Примеров возможных прорывов в моделировании природных процессов предостаточно. Вот лишь три из них.

Химия. В начале 1900-х годов Фриц Габер и Карл Бош разработали промышленный процесс фиксации азота, в котором аммиак синтезируется непосредственно из азота и кислорода — процесс, который до сих пор используется в производстве сельскохозяйственных удобрений, помогающих прокормить миллиарды людей. Каким бы невероятным ни было это сделанное более века назад открытие, оно обошлось нам дорого: сейчас на процесс Габера — Боша приходится от 1 до 2% мирового потребления электроэнергии и 1,4% выбросов CO2. Эти цифры следует снизить, и тут пригодятся квантовые вычисления.Например, нам известно, что встречающийся в природе фермент может давать те же результаты, что и процесс Габера — Боша, затрачивая гораздо меньше энергии. К сожалению, ограничения классических компьютеров не позволяют точно моделировать химические реакции, в которых этот фермент участвует. Когда-нибудь это сможет сделать квантовый компьютер, открывая тем самым дорогу новым, более энергоэффективным методам производства удобрений и других химикатов.

Энергетика. В одном из видов ядерного синтеза, известном как термоядерный синтез с инерционным удержанием, для прессования крошечных топливных гранул используются мощные лазеры, создающие чрезвычайно высокие температуры при нужных условиях. Энергия, высвобождаемая в результате этого процесса, может превышать потребленную лазерами, что теоретически превращает его в источник энергии. Однако достижение этого на практике зависит от точнейшей настройки огромного числа параметров процесса — классические компьютеры с этим не справлялись. Технический директор Google Хартмут Невен считает, что квантовые методы помогут в разработке более совершенных реакторов, открывая возможности экологически чистой генерации энергии в больших масштабах.

Биология и медицина. В 2018 году три химика из Гарварда опубликовали статью, в которой описаны возможности квантовых вычислений для создания новых лекарств. Они подробно рассказали, как эта технология может дать значительный прогресс, позволяя определять характеристики молекулярных систем быстрее и точнее. В том же году данные исследователи стали соучредителями Zapata, стартапа в области квантовых вычислений, который с тех пор привлек более $65 млн венчурного капитала.

Об авторах

Джонатан Руэйн (Jonathan Ruane) — преподаватель группы глобальной экономики и управления в Школе менеджмента Слоуна при MIT, научный сотрудник Инициативы по цифровой экономике MIT (IDE).

Уильям Оливер (William D. Oliver) — профессор электротехники, информатики и физики в MIT, научный сотрудник лаборатории Линкольна, директор Центра квантовой инженерии MIT и заместитель директора Исследовательской лаборатории электроники MIT. Его исследование было проведено при поддержке Amazon Web Services, Google, IBM, Microsoft и Zapata, а также других компаний.

Эндрю Макафи (Andrew Mcafee) — соучредитель и содиректор IDE, главный научный сотрудник Школы менеджмента Слоуна при MIT.

Войдите на сайт, чтобы читать полную версию статьи

На «Уроке цифры» по теме «Сети и облачные технологии» узнаем, что такое сеть, что входит в понятие облачные технологии и как они работают, что было до появления Интернета, как он развивался, в чём состоит магия облаков и как надёжно хранить собранные данные. Также познакомимся с профессиями людей, которые работают с этими технологиями.

Урок цифры 2020 Персональные помощники ответы

Учебные материалы каждого урока разработаны ведущими российскими ИТ-компаниями при поддержке Министерства просвещения Российской Федерации и помогают ученикам не только узнать новое о мире информационных технологий, но и сориентироваться в перспективных профессиях будущего.

Организовав «Урок цифры» во время обычного урока информатики или на дополнительном занятии, вы сможете существенно повысить интерес детей к изучению основ программирования, но и задать верные ориентиры развития в условиях перехода к цифровой экономике.

Урок Цифры 2019 (5, 6, 7 класс) ответы на Задание 1

Нам нужно доехать до сервера и подключить провод, который мы тянем от квартиры. В каждой выделенной клетке нужно остановиться.

  • robot.move 2
  • robot.move 2

Урок Цифры 2019 (5, 6, 7 класс) ответы на Задание 2

Запрограммируй путь для подключения оставшихся квартир. Постарайся ни во что не врезаться! Робот нам нужен целым. Поворачивать нужно с помощью команды rotate. Для поворота налево используй аргумент left. Для поворота направо — right.

  • robot.move 2
  • robot.rotate left
  • robot.move 6
  • robot.rotate left
  • robot.move 1
  • robot.rotate right
  • robot.move 2
  • robot.rotate right
  • robot.rotate right
  • robot.move 2
  • robot.rotate left
  • robot.move 1
  • robot.rotate right
  • robot.move 7
  • robot.rotate left
  • robot.move 3
  • robot.rotate left
  • robot.move 1

Урок Цифры 2019 (5, 6, 7 класс) ответы на Задание 3

Ух ты! Робот умеет летать! Теперь проложим кабель к соседнему дому. Проведи его через столб и подключи к щитку. Для подключения используй команду plug. Нужно подъехать к серверу на выделенную клетку и подключить к нему кабель с помощью команды plug. Пролетай над столами, чтобы закрепить кабель.

Прим. от автора: создатели игры Урок цифры сами не доглядели, что придумали, так как в последнем предложении опечатка. Пролетать нужно не над «столами», а над столбами.

  • robot.move 1
  • robot.rotate right
  • robot.move 2
  • robot.rotate left
  • robot.move 8
  • robot.plug

Урок Цифры 2019 (5, 6, 7 класс) ответы на Задание 4

Летим дальше. Нужно подключить ещё два дома к Интернету через кабель. Подъезжай к выделенной клетке и используй команду plug, чтобы робот мог подсоединить кабель.

Прим. от автора: создатели игры Урок цифры в очередной раз сделали ошибку, написав «подсоеденить» вместо правильного подсоединить.

  • robot.move 7
  • robot.plug
  • robot.rotate left
  • robot.move 6
  • robot.rotate left
  • robot.move 7
  • robot.rotate right
  • robot.plug

Урок Цифры 2019 (5, 6, 7 класс) ответы на Задание 5

Проведи кабель через столбы к щитку. Препятствие с пути можно просто убрать в сторону. Для этого используй команды take (взять) и put (положить). Не забудь в конце подключить кабель. Чтобы взять гнездо или положить его, надо остановиться перед ним. Чтобы взять используй команды take (взять) и put (положить).

  • robot.move 4
  • robot.rotate left
  • robot.move 6
  • robot.rotate right
  • robot.move 3
  • robot.take
  • robot.rotate left
  • robot.put
  • robot.rotate right
  • robot.move 1
  • robot.plug

Урок Цифры 2019 (5, 6, 7 класс) ответы на Задание 6

Остались последние дома! Нужно подключить и их.

К каждому дому нужно подъехать на выделенную клетку. Так нужно повторить 4 раза. Используй функцию loop (цикл), чтобы автоматически повторять набор команд. Цикл начинается на выделенной клетке

  • loop 4
  • robot.plug
  • robot.rotate right
  • robot.move 6
  • end

К нам пришли ещё ребята. Подключи 4 дома, в которых они живут. Ты знаешь, что делать! Не забывай про команду loop, она поможет решить задачу оптимально

  • loop 4
  • robot.move 4
  • robot.plug
  • robot.rotate right
  • robot.rotate right
  • robot.move 4
  • robot.rotate left
  • end

Урок Цифры 2019 (5, 6, 7 класс) ответы на Задание 8

Запрограммируй робота так, чтобы он быстро прошёл через несколько терминалов и проверил каждый на связь с сервером. Для проверки используй команду ping.

  • loop 2
  • robot.move 2
  • robot.rotate right
  • robot.move 3
  • robot.rotate left
  • robot.move 1
  • robot.rotate right
  • robot.ping
  • robot.rotate left
  • robot.move 1
  • robot.rotate left
  • robot.move 3
  • robot.rotate right
  • end
  • robot.move 3
  • robot.rotate right
  • robot.move 3
  • robot.ping

Урок Цифры 2019 (5, 6, 7 класс) ответы на Задание 9

Класс, серверы мы проверили, но некоторые можно и улучшить. Распакуй детали и переложи их на полку. Вместимость – 3 детали. Если полка заполнилась, нажми на красную кнопку, чтобы появилась пустая. Бери детали и складывай их на полку, подъезжая к выделенной клетке. Помни — на каждой полке может быть по три детали. Когда полка заполнится, её нужно сменить нажав на красную кнопку с помощью команды press. Разложи детали по местам. Да, и ещё кое-что: внутри одного цикла можно написать ещё один, так код будет оптимальным и коротким.

Прим. от автора: создатели игры Урок цифры сделали две ошибки, написав «кое что» вместо кое-что и «подьезжая» вместо правильного подъезжая.

  • loop 3
  • loop 3
  • robot.take
  • robot.rotate left
  • robot.move 3
  • robot.put
  • robot.rotate right
  • robot.rotate right
  • robot.move 3
  • robot.rotate left
  • end
  • robot.rotate left
  • robot.move 3
  • robot.rotate right
  • robot.move 3
  • robot.rotate left
  • robot.press
  • robot.rotate left
  • robot.move 3
  • robot.rotate left
  • robot.move 3
  • robot.rotate left
  • end

Урок Цифры 2019 (5, 6, 7 класс) ответы на Задание 10

Теперь нужно парами подключить серверы между собой: основные — они светятся, и резервные — они не светятся. Образовавшаяся пара объединится кабелем, а резервный сервер должен начать светиться.

  1. Последовательно подъезжайте к серверам используя команду plug, чтобы образовались пары.
  2. После этого перезапустите систему нажав на красную кнопку.
  • robot.rotate right
  • robot.move 2
  • loop 4
  • robot.rotate left
  • robot.plug
  • robot.rotate right
  • robot.move 2
  • end
  • robot.rotate left
  • robot.move 5
  • robot.rotate left
  • robot.move 2
  • loop 4
  • robot.rotate left
  • robot.plug
  • robot.rotate right
  • robot.move 2
  • end
  • robot.rotate right
  • robot.move 3
  • robot.press

Готово, вы прошли обучение! Сертификат теперь ваш, можете гордиться своими трудами.

«Урок цифры» — это возможность получить знания от ведущих технологических компаний: Фирмы «1С», Яндекса, «Лаборатории Касперского» и Mail.Ru Group, а также Академии искусственного интеллекта благотворительного фонда Сбербанка. Новый урок «Сети и облачные технологии» стартовал 2 декабря и продлится две недели. На уроке  «Сети и облачные технологии» рассказано о том, что означает понятия сеть, облачные технологии, принцип их работы.  Также будет доведена информация о том, как появился Интернет, путь его развития и как сохранять данные в облачном хранилище.

Урок Цифры 2019 (8, 9, 10, 11 класс) ответы на Задание 1

Запрограммируй путь для подключения оставшихся квартир. Постарайся ни во что не врезаться! Робот нам нужен целым. Поворачивать нужно с помощью команды rotate. Для поворота налево используй аргумент left. Для поворота направо — right.

  • robot.move 2
  • robot.rotate left
  • robot.move 6
  • robot.rotate left
  • robot.move 1
  • robot.rotate right
  • robot.move 2
  • robot.rotate right
  • robot.rotate right
  • robot.move 2
  • robot.rotate left
  • robot.move 1
  • robot.rotate right
  • robot.move 7
  • robot.rotate left
  • robot.move 3
  • robot.rotate left
  • robot.move 1

Урок Цифры 2019 (8, 9, 10, 11 класс) ответы на Задание 2

Ух ты! Робот умеет летать! Теперь проложим кабель к соседнему дому. Проведи его через столб и подключи к щитку. Для подключения используй команду plug. Нужно подъехать к серверу на выделенную клетку и подключить к нему кабель с помощью команды plug. Пролетай над столами, чтобы закрепить кабель.

  • robot.move 1
  • robot.rotate right
  • robot.move 2
  • robot.rotate left
  • robot.move 8
  • robot.plug

Урок Цифры 2019 (8, 9, 10, 11 класс) ответы на Задание 3

Летим дальше. Нужно подключить ещё два дома к Интернету через кабель. Подъезжай к выделенной клетке и используй команду plug, чтобы робот мог подсоединить кабель.

  • robot.move 7
  • robot.plug
  • robot.rotate left
  • robot.move 6
  • robot.rotate left
  • robot.move 7
  • robot.rotate right
  • robot.plug

Урок Цифры 2019 (8, 9, 10, 11 класс) ответы на Задание 4

Проведи кабель через столбы к щитку. Препятствие с пути можно просто убрать в сторону. Для этого используй команды take (взять) и put (положить). Не забудь в конце подключить кабель. Чтобы взять гнездо или положить его, надо остановиться перед ним. Чтобы взять используй команды take (взять) и put (положить).

  • robot.move 4
  • robot.rotate left
  • robot.move 6
  • robot.rotate right
  • robot.move 3
  • robot.take
  • robot.rotate left
  • robot.put
  • robot.rotate right
  • robot.move 1
  • robot.plug

Урок Цифры 2019 (8, 9, 10, 11 класс) ответы на Задание 5

Остались последние дома! Нужно подключить и их. К каждому дому нужно подъехать на выделенную клетку. Так нужно повторить 4 раза. Используй функцию loop (цикл), чтобы автоматически повторять набор команд. Цикл начинается на выделенной клетке

  • loop 4
  • robot.plug
  • robot.rotate right
  • robot.move 6
  • end

Урок Цифры 2019 (8, 9, 10, 11 класс) ответы на Задание 6

К нам пришли ещё ребята. Подключи 4 дома, в которых они живут. Ты знаешь, что делать! Не забывай про команду loop, она поможет решить задачу оптимально

  • loop 4
  • robot.move 4
  • robot.plug
  • robot.rotate right
  • robot.rotate right
  • robot.move 4
  • robot.rotate left
  • end

Урок Цифры 2019 (8, 9, 10, 11 класс) ответы на Задание 7

Класс, серверы мы проверили, но некоторые можно и улучшить. Распакуй детали и переложи их на полку. Вместимость – 3 детали. Если полка заполнилась, нажми на красную кнопку, чтобы появилась пустая. Бери детали и складывай их на полку, подъезжая к выделенной клетке. Помни — на каждой полке может быть по три детали. Когда полка заполнится, её нужно сменить нажав на красную кнопку с помощью команды press. Разложи детали по местам. Да, и ещё кое-что: внутри одного цикла можно написать ещё один, так код будет оптимальным и коротким.

  • loop 3
  • loop 3
  • robot.take
  • robot.rotate left
  • robot.move 3
  • robot.put
  • robot.rotate right
  • robot.rotate right
  • robot.move 3
  • robot.rotate left
  • end
  • robot.rotate left
  • robot.move 3
  • robot.rotate right
  • robot.move 3
  • robot.rotate left
  • robot.press
  • robot.rotate left
  • robot.move 3
  • robot.rotate left
  • robot.move 3
  • robot.rotate left
  • end

Урок Цифры 2019 (8, 9, 10, 11 класс) ответы на Задание 8

Теперь нужно провести обслуживание перегруженных серверов. Запусти диагностику, а потом проверь, если горит красным – нужна перенастройка. Если не горит, можно проехать дальше. Для начала роботу нужно подъехать на выделенную клетку и использовать команду tracert, которая запустит диагностику серверов. Далее нужно поочерёдно подъезжать к каждому серверу. Если (if) лампа на нём горит красным — то требуется перенастройка сервера. Если (if) зелёный — то можно проехать дальше. Не забывай использовать циклы, а ещё команду if, чтобы правильно и оптимально запрограммировать робота. Конструкция if (если) поможет работать с неопределенностью.

  • robot.move 3
  • robot.tracert
  • robot.rotate left
  • robot.move 2
  • robot.rotate right
  • loop 5
  • robot.move 1
  • if robot.scanScreen == red
  • robot.rotate left
  • robot.update
  • robot.rotate right
  • end
  • end
  • robot.move 1
  • robot.rotate left
  • robot.move 3
  • robot.rotate left
  • loop 5
  • robot.move 1
  • if robot.scanScreen == red
  • robot.rotate right
  • robot.update
  • robot.rotate left
  • end
  • end
  • robot.move 1
  • robot.rotate right

Урок Цифры 2019 (8, 9, 10, 11 класс) ответы на Задание 9

Супер! Сервера продиагностированы, осталось добраться до ИБП. Но нужно будет пройти сложную проверку, чтобы попасть туда. Роботу нужно сделать действие, соответствующее картинке.

  1. На каждой клетке придется пройти тест на человечность — то есть повторить действия на экране. Все они показываются в случайном порядке, так что комбинация постоянно меняется.
  2. Запрограммируй действия робота так, чтобы он прошёл проверку на человечность.
  3. Тебе помогут такие команды: sparkle — искры, laser — лазерное эмодзи и stand — стойка на передних колёсах
  4. Используй конструкцию if, чтобы запрограммировать реакции.
  • robot.move 1
  • loop 5
  • if robot.scanScreen == sparkle
  • robot.sparkle
  • end
  • if robot.scanScreen == laser
  • robot.laser
  • end
  • if robot.scanScreen == stand
  • robot.stand
  • end
  • robot.move 1
  • end
  • robot.move 1
  • robot.rotate right
  • robot.move 3

Урок Цифры 2019 (8, 9, 10, 11 класс) ответы на Задание 10

Теперь нужно парами подключить серверы между собой: основные — они светятся, и резервные — они не светятся. Образовавшаяся пара объединится кабелем, а резервный сервер должен начать светиться.

1. Последовательно подъезжайте к серверам используя команду plug, чтобы образовались пары.

2. После этого перезапустите систему нажав на красную кнопку.

  • robot.rotate right
  • robot.move 2
  • loop 4
  • robot.rotate left
  • robot.plug
  • robot.rotate right
  • robot.move 2
  • end
  • robot.rotate left
  • robot.move 5
  • robot.rotate left
  • robot.move 2
  • loop 4
  • robot.rotate left
  • robot.plug
  • robot.rotate right
  • robot.move 2
  • end
  • robot.rotate right
  • robot.move 3
  • robot.press

Готово, вы прошли обучение! Сертификат теперь ваш, можете гордиться своими трудами.

Что за «Урок цифры» и зачем он нужен?

Первый раз такой Урок был проведен год назад. Инициатором урока стали Минпросвещения России,  МЦРСиМК РФ и организация «Цифровая экономика». Партнерами выступили государственные организации, специализирующиеся в сфере  информтехнологий. В новом учебном году было принято решение о продолжении начатого мероприятия для  дальнейшего развития у учащихся знаний по цифровой экономике. Кроме того такая инициатива будет способствовать профориентации школьников в информационной сфере.

В этом месяце уходящего года ученики ознакомятся с понятиями:

  • Сеть,
  • облачные технологии;
  • облако;
  • облачное хранилище.

А также они узнают, как воспользоваться указанными технологиями  для хранения ранее отобранной информации. Учащимся доведут сведения о развитии Интернета, тестировании домашней сети или сайта. Таким образом, ребят ознакомят с профессией, которая помогает надежной работе Интернета.

Кроме этого у учеников школ будет возможность самостоятельно проложить сеть или продиагностировать сервер с помощью  робота, который программируется.

Сколько таких уроков запланировано в течение года?

«Уроков цифры» будет проведено пять штук по различным темам, которые  направлены на реализацию государственного проекта «Кадры для цифровой экономики».

С ребятами будет проведена работа по профориентации с целью привлечения в сферу IT-технологий новых кадров.

С 5 по 18 ноября этого года темой «Урока» были «Большие данные».

С 3 по 16 февраля  следующего года — «Персональные помощники»,

С 10 по 23 марта — «Безопасность будущего»,

Со 2 по 16 апреля — «Искусственный интеллект и машинное обучение».

Учащиеся каких классов могут пройти «Урок цифры»?

На «Урок цифры» приглашаются учащиеся любых возрастов. При этом ученикам младших классов  необходимо будет пройти «Уровень для начинающих испытателей», с 5 по 7 класс — «Уровень для опытных специалистов», старшеклассникам — «Уровень для закаленных профессионалов».

Чтобы принять участие в «Уроке», необходимо зайти на сайт урокцифры.рф и заполнить анкету. В дальнейшем будет проведено тестирование в форме игры.

Что такое квантовый компьютер?

Квантовый компьютер — средство вычислительной техники, где в основе работы центрального процессора лежат законы квантовой механики. Такой компьютер принципиально отличается от традиционных ПК, работающих на основе кремниевых чипов. Пока еще квантовый компьютер – устройство, о котором говорят многие исследователи физики вычислений.

Это устройство применяет для вычисления не классические алгоритмы, а процессы квантовой природы – квантовые алгоритмы, использующие эффекты квантовой механики, такие как квантовый параллелизм и квантовая запутанность.

Базой для вычислений такого типа служит кубит – система, в которой число частиц аналогично импульсу, а фазовая переменная (энергетическое состояние) – координате. Фазовый кубит был впервые реализован в лаборатории Делфтского университета и с тех пор активно изучается.

Квантово-механический принцип на уроке математики

Квантово-механический принцип на уроке математики

На рисунке элементарная схема фазового кубита и его фотография. Источник: t-z-n.ru

В отличие от обычного бита, способного иметь только значения 1 и 0, квантовый бит (кубит) может находиться в суперпозиции этих состояний, то есть одновременно в значении 1 и 0. На практике кубит может существовать в самых разных комбинациях этих значений, что в перспективе позволит создавать сверхбыстродействующие компьютеры. Кубиты станут строительными элементами будущих квантовых компьютеров, способных решать задачи, практически недоступные классическим цифровым компьютерам. Для выполнения вычислений на квантовом компьютере необходимо привести во взаимодействие несколько кубитов, причем таким образом, чтобы они образовали единую квантовую систему. Затем этой системе надо позволить развиваться по законам квантовой механики и спустя определенное время выяснить, в какое состояние она пришла.

С ростом числа объединенных кубитов, вычислительная мощность такой квантовой системы экспоненциально растет. Теоретически это позволяет квантовому компьютеру справляться с задачами, на которые обычному цифровому компьютеру понадобятся миллионы лет. Например, давно известен так называемый алгоритм Шора, позволяющий быстро раскладывать большие числа на простые множители (задача, необходимая для взлома современных шифров). Обычные компьютеры решают эту задачу перебором возможных делителей, поэтому длинные числа современные компьютеры могут обрабатывать годами. Квантовый компьютер справился бы с такой задачей за считанные минуты и даже секунды, в зависимости от производительности.

Почему квантовые компьютеры имеют значение?

Объем ежедневно создаваемых данных просто огромен, и современные компьютеры уже не всегда успевают за такими объемами. Современные суперкомпьютеры по-прежнему слишком медленны для выполнения некоторых наиболее важных научных задач, например, тестирование воздействия новых лекарственных препаратов на молекулярном уровне.

Благодаря возможности выполнять очень сложные вычисления значительно быстрее, или даже моделировать эти лекарства на молекулярном уровне, квантовые компьютеры способны предоставить такой необходимый рост производительности и скорости. Большинство специалистов согласны с тем, что квантовые компьютеры – это наш шанс справиться с вызовами 21 века.

Вторая квантовая революция

Первая квантовая революция произошла во второй половине XX века и привела к появлению лазеров, транзисторов, ядерного оружия, а впоследствии – мобильной телефонной связи и интернета. Технологии первой квантовой революции применяются в компьютерах, мобильных телефонах, планшетах, цифровых камерах, системах связи, светодиодных лампах, МРТ-сканерах, сканирующих туннельных микроскопах и т.д.

Объем рынка соответствующей продукции в мире составляет $3 трлн в год. При этом «закон Мура», согласно одному из изложений которого, производительность процессоров должна удваиваться каждые 18 месяцев, больше не работает.

С конца XX века мир находится на пороге второй квантовой революции. В первой квантовой революции технологи и приборы строились на управлении коллективными квантовыми явлениями.

Во второй квантовой революции технологии будут строиться на способности управлять сложными квантовыми системами на уровне отдельных частиц, например, атомов и фотонов. Технологии, основанные именно на таком высоком уровне контроля над индивидуальными квантовыми объектами, принято объединять термином квантовые технологии.

Проблемы в создании квантового компьютера

На пути создания квантового компьютера существует множество проблем. Прежде всего необходимо научиться приводить кубиты в определенные исходные состояния, объединять их в запутанные системы, изолировать эти системы от влияния внешних помех, считывать результаты квантового расчета.

Также разработчикам квантового компьютера предстоит выбрать оптимальную элементную базу для изготовления кубитов. Имеется несколько конкурирующих подходов, и один из них — сверхпроводящие кубиты с джозефсоновскими переходами, похожие на первые носители компьютерной информации – ферритовые колечки. Правда, кубиты примерно в тысячу раз меньше магнитных битов эпохи, предшествовавшей появлению интегральных микросхем. Разработками в данной области занято множество иностранных институтов и лабораторий крупных компаний. Обладание рабочим прототипом универсального квантового компьютера открывает огромные возможности в разработке новых материалов, расшифровке сложнейших кодов, моделировании сложных систем, создании универсального искусственного интеллекта и множестве других областей. С появлением технологии считывания состояний кубитов, Россия также может включиться в эту многообещающую работу на передовом крае науки и компьютерной техники.

По сути своей, квантовые вычислительные системы представляют собой вершину развития параллельных вычислений. Этим системы способны решать сложнейшие вычислительные задачи, недоступные традиционным компьютерам. В частности, квантовые компьютеры позволяют осуществлять моделирование природных процессов в интересах специалистов по химии, материаловедению и молекулярной физике. С появлением квантовых компьютеров учёные, наконец, смогут создать катализатор для абсорбирования углекислого газа из атмосферы, сверхпроводники, способные работать при комнатной температуре, и новые лекарства от неизлечимых пока болезней.

Однако несмотря на существенный прогресс в исследованиях и активные дискуссии об успехах учёных, остаётся актуальной проблема преодоления естественных препятствий на пути создания жизнеспособных крупномасштабных квантовых систем, способных демонстрировать требуемую точность вычислений. Одним из таких препятствий является проблема производства однородных и стабильных кубитов (базовых элементов квантовых вычислительных систем).

Кубиты требуют крайне нежного обращения. Случайный шум и даже случайное наблюдение за кубитом способны привести к потере данных. Для устойчивой работы кубитов необходима чрезвычайно низкая температура окружающей среды – на уровне 20 миллиКельвин, что в 250 раз холоднее температуры открытого космоса. Подобный температурный режим предъявляет строжайшие требования к конструкции корпусов квантовых систем, в состав которых входят кубиты. Стремясь реализовать весь потенциал квантовых вычислительных систем, специалисты Intel из Группы исследования компонентов (CR) в Орегоне и Экспериментального производственного комплекса (ATTD) в Аризоне напряжённо работают над созданием инновационных архитектур и корпусов для выполнения уникальных требований и задач квантовых вычислительных систем.

2022

Создана технология для масштабирования квантовых компьютеров до миллионов кубитов

В конце сентября 2022 года появилась информация о том, что немецкие исследователи из Юлихского исследовательского центра и Рейнско-Вестфальского технического университета из Ахена создали технологию для масштабирования квантовых компьютеров до миллионов кубитов.

Для того чтобы квантовые компьютеры оказались полезными в практическом применении, необходимы миллионы квантовых битов. Масштабируемость является одной из самых больших проблем на сентябрь 2022 года при разработке будущих устройств. Одна из проблем заключается в том, что кубиты должны находиться очень близко друг к другу на чипе, чтобы соединить их вместе. Исследователи приблизились к решению этой проблемы на значительный шаг. Им удалось перенести электроны, носители квантовой информации, на несколько микрометров на квантовом чипе. Их квантовая шина может стать ключевым компонентом, который позволит совершить скачок к миллионам кубитов.

Квантово-механический принцип на уроке математики

Квантово-механический принцип на уроке математики

Ученые создали технологию для масштабирования квантовых компьютеров до миллионов кубитов

Квантовые компьютеры потенциально могут значительно превзойти возможности обычных компьютеров при выполнении определенных задач. Но еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем они смогут помочь в решении реальных проблем. Для многих приложений требуются квантовые процессоры с миллионами квантовых битов.

В какой-то момент количество сигнальных линий становится узким местом. Линии занимают слишком много места по сравнению с размером крошечных кубитов. А квантовый чип не может иметь миллионы входов и выходов – в современном классическом чипе их всего около 2 тыс. Ученые уже несколько лет проводит исследования, чтобы найти решение этой проблемы. Их общая цель – интегрировать части управляющей электроники непосредственно в чип. Производственные процессы во многом совпадают с процессами производства обычных кремниевых процессоров. Это считается преимуществом, когда речь идет о реализации очень большого количества кубитов.

Поэтому, для того чтобы разнести кубиты, в 2018 году ученые выдвинули идею квантового шаттла. Этот компонент должен обеспечить обмен квантовой информацией между кубитами, которые находятся на большом расстоянии друг от друга.

В качестве следующего шага физики теперь хотят показать, что информация кубита, закодированная в электроне, не теряется при транспортировке. Теоретические расчеты уже показали, что это возможно в кремнии в определенных диапазонах скоростей. Таким образом, квантовая шина прокладывает путь к масштабируемой архитектуре квантового компьютера, которая также может служить основой для нескольких миллионов кубитов.[1]

Создан суперхолодильник для квантовых компьютеров. Он охлаждает сильнее, чем космос

13 сентября 2022 года стало известно, что IBM создала суперхолодильник для квантовых компьютеров. Он в 10 раз меньше, чем существующие аналоги и охлаждает сильнее космоса. Подробнее здесь.

Baidu представила свой первый квантовый компьютер

25 августа 2022 года китайская компания Baidu, развивающая одноименную поисковую систему (крупнейшую в КНР), представила свой первый квантовый компьютер. Он получил название Qianshi. Подробнее здесь.

Nvidia представила вычислительную платформу Quantum Optimized Device Architecture

Nvidia представила свою вычислительную платформу Quantum Optimized Device Architecture (QODA), цель которой — преодолеть разрыв между квантовыми и классическими приложениями. Об этом стало известно 13 июля 2022 года. Подробнее здесь.

IBM готовится завалить рынок квантовыми компьютерами огромной производительности

Исполнительный директор IBM Арвинд Кришна (Arvind Krishna) заявил, что к 2025 г. корпорация выставит на продажу «тысячи» квантовых компьютеров. Об этом стало известно 13 мая 2022 года. Подробнее здесь.

Ученые достигли более 99% квантовой точности с помощью кремния

11 апреля 2022 года стало известно, что исследование ученых Принстонского университета прокладывает путь для использования технологий на базе кремния в квантовых вычислениях и будет способствовать увеличению их использования в качестве альтернативы другим технологиям квантовых вычислений, таким как сверхпроводники и захваченные ионы.

Квантово-механический принцип на уроке математики

Квантово-механический принцип на уроке математики

Иллюстрация: securitylab.ru

В ходе исследования ученым удалось с помощью двухкубитного кремниевого квантового устройства добиться уровня точности более 99,8%. Точность, заключающаяся в способности кубита (наименьшей единицы информации в квантовом компьютере), выполнять операции без ошибок, является ключевым моментом для практических высокопроизводительных квантовых вычислений.

Исследователи по всему миру пытаются выяснить, какие технологии, сверхпроводниковые кубиты, захваченные ионы или кремниевые спиновые кубиты, больше всего подходят на роль базовых элементов квантовых вычислений. И, что немаловажно, специалисты изучают, какие технологии являются наиболее подходящими для коммерческого использования.

С помощью кремниевого устройства, так называемой двойной квантовой точки, ученые Принстонского университета смогли захватить два электрона и заставить их взаимодействовать между собой. Таким образом им удалось использовать спиновое состояние каждого электрона в качестве кубита, а взаимодействие между электронами позволило эти кубиты запутать.

Кубит – своего рода квантовый бит, являющийся наименьшей единицей данных в компьютерных технологиях. Как и бит, кубит кодируется с информацией, которая может иметь значение ноля или единицы.

Тем не менее, в отличие от бита, кубит может использовать принципы квантовой механики, что позволяет ему выполнять задачи, которые обычному биту не под силу. Например, он может обладать суперпозицией нолей и единиц, то есть, быть одновременно и нолем, и единицей. Благодаря этому квантовые компьютеры производительнее обычных.

В спиновых кубитах «спин» означает момент импульса электрона. Это квантовое свойство, проявляющееся в виде крошечного магнитного диполя, который можно использовать для кодирования информации. В качестве примера можно привести стрелку компаса, указывающую южный и северный полюс и вращающуюся в соответствии с магнитным полем Земли.

Спин – свойство электрона, используемого в квантовых устройствах на основе кремния. Для сравнения, обычные компьютеры работают путем управления отрицательным зарядом электрона.

В целом, кремниевые спиновые кубиты предпочтительнее других типов кубитов.

«

«Идея состоит в том, что каждая система должна масштабироваться до множества кубитов. На начало апреля 2022 года другие системы кубитов имеют реальные физические ограничения масштабируемости. Размер может быть реальной проблемой для этих систем. Места, куда все это можно втиснуть, не так много», –


пояснил руководитель исследования Адам Миллс (Adam Mills).

»

Кремниевые спиновые кубиты состоят из одиночных электронов и чрезвычайно малы. Использовавшееся в ходе исследования устройство имело диаметр всего 100 нм, тогда как диаметр обычных сверхпроводниковых кубитов превышает 300 микрон, поэтому много их на чип не уместить.

Еще одна особенность кремниевых спиновых кубитов заключается в том, что обычная электроника базируется на кремниевой технологии. По мнению авторов исследования, для создания миллиона или десяти миллионов кубитов для практического применения подойдет только твердотельная система, которую можно масштабировать, используя стандартную полупроводниковую промышленность.[2]

Анонс симулятор квантового компьютера

В конце марта 2022 года Fujitsu представила симулятор квантового компьютера, способный обрабатывать 36-кубитные квантовые схемы в кластерной системе с суперкомпьютером PRIMEHPC FX 700, оснащенным тем же процессором, что и самый быстрый в мире суперкомпьютер Fugaku. Подробнее здесь.

Где квантовые эффекты уже применяются?

Большие квантовые объекты уже использовались, чтобы помочь обнаружить гравитационные волны, они могут появиться в устройствах следующего поколения, таких как сверхчувствительные датчики и системы шифрования. Эти инновации, однако, выходят далеко за рамки передовых технологий

В чем используются квантовые технологии?

К возможным практическим реализациям относят квантовые вычисления и квантовый компьютер, квантовую криптографию, квантовую телепортацию, квантовую метрологию, квантовые сенсоры, и квантовые изображения

Что такое квантовый мир?

Это наука об измерении различных физических величин с такой высокой точностью, какую только допускают фундаментальные ограничения, определяемые квантовыми флуктуациями, которые в принципе неустранимы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Adblock
detector