Огляд №2 — квантова фізика та квантові обчислення

Квантову механіку знаменито важко візуалізувати — саме тому браузерні симуляції так допомагають. Ось 10 симуляцій, що роблять суперпозицію, заплутаність і квантові алгоритми відчутними.

10
симуляцій загалом
4
у «Квантовій фізиці»
6
у «Квантових обчисленнях»

«Але ж квантові системи неможливо симулювати на класичному комп'ютері — це вимагало б експоненційних ресурсів!» Це правда для великих систем. Але для освітнього діапазону (1–2 кубіти, малі простори станів, ілюстративні наближення) браузера з JavaScript цілком достатньо. Мета — інтуїція, а не виробнича симуляція.

Квантова фізика — 4 симуляції

Вони зосереджені на фундаментальних явищах квантової механіки — експериментах і спостереженнях, що змусили фізиків відмовитися від класичних моделей.

🔬
Дослід з двома щілинами
Симулюйте корпускулярно-хвильовий дуалізм. Відправляйте поодинокі фотони або електрони через одну чи дві щілини й спостерігайте, як статистично формується інтерференційна картина.
Canvas 2DЛегкоПопулярне
🌊
Квантове тунелювання
Гаусів хвильовий пакет натрапляє на прямокутний потенційний бар'єр. Спостерігайте, як хвильова функція розщеплюється на пройдену та відбиту складові.
Canvas 2DСередньо
💡
Фотоефект
Нобелівська премія Ейнштейна. Регулюйте частоту та інтенсивність фотонів; спостерігайте, як електрони вилітають лише вище порогової частоти, незалежно від яскравості.
Canvas 2DЛегко
🐈
Рівняння Шредінгера
Нестаціонарне рівняння Шредінгера, розв'язане методом розщепленого оператора. Візуалізуйте вільну частинку, гармонічний осцилятор та нескінченну потенціальну яму.
Canvas 2DПросунуто

Квантові обчислення — 6 симуляцій

Ці симуляції зосереджені на стороні обчислень — на тому, що робить квантові комп'ютери відмінними від класичних, і чому ця відмінність має значення для конкретних алгоритмів.

Як підходити до категорії

Почніть з Дослід з двома щілинами і Фотоефект — історично це саме ті експерименти, що створили квантову механіку. Вони також найпростіші й формують інтуїцію, потрібну для всього іншого.

Далі перейдіть до Кубіт і сфера Блоха. Це ворота у світ квантових обчислень — щойно ви зрозумієте суперпозицію як точку на сфері, вентилі стають обертаннями, і вся ця галузь стає зрозумілою.

Алгоритм Гровера — найбільш захопливий для спостереження: підсилення амплітуди помітно сходиться лише за 3 оптимальні ітерації для N=16. Жодна діаграма з підручника не передає цього так добре.

Для викладачів: усі квантові симуляції включають бічну панель «Що це показує?», ключові рівняння та елементи керування параметрами з підказками, що пояснюють, що робить кожен повзунок. Вони працюють без будь-яких плагінів чи завантажень — просто відкрийте посилання в будь-якому сучасному браузері.

Що далі

Наступні заплановані доповнення до категорії квантової фізики — візуалізатор варіаційного квантового власного розв'язувача (VQE) та демонстрація квантового оцінювання фази. Обидва в дорожній карті на другий квартал 2026 року.