CC BY
10
Scientific journal ISSN 2413-158X (online)
PHYSICAL AND MATHEMATICAL EDUCATION ISSN 2413 1571 (Print)
Has been issued since 2013.
Науковий журнал
Ф1ЗИКО-МАТЕМАТИЧНА ОСВ1ТА
Видаеться з 2013.
http://fmo-journal.fizmatsspu.sumy.ua/
Легка Л.В., Шокалюк С.В., Богуненко €.Ю. Пропедевтика вивчення квантовой iнформатики у профiльнiй (старшiй) школ'). Ф'зико-математична осв'та. 2021. Випуск 2(28). С. 51-56.
Lehka L., Shokaliuk S., Bohunenko E. Propaedeutics of studying quantum computer science in a specialized (high) school. Physical and Mathematical Education. 2021. Issue 2(28). Р. 51-56.
DOI 10.31110/2413-1571-2021-028-2-009 УДК 373.5.016:004.4
Л.В. Легка
Кривор'зький державний педагогiчний унiверситет, Украна
asp-18-lehka@kdpu.edu.ua ORCID: 0000-0001-5768-5475 С.В. Шокалюк
Кривор'зький державний педагогiчний унiверситет, Украна
shokalyuk@kdpu.edu.ua ORCID: 0000-0003-3774-1729 €.Ю. Богуненко
Кривор'зький державний педагогiчний унiверситет, Украна
liza.bogunencko@gmail.com ORCID: 0000-0002-6636-3512
ПРОПЕДЕВТИКА ВИВЧЕННЯ КВАНТОВО1 1НФОРМАТИКИ У ПРОФШЬШЙ (СТАРШ1Й) ШКОЛ1
АНОТАЦ1Я
У cmammi запропоновано експериментальт моделi вивчення основ квантово)' iнформатики у профiльнiй (cmapuiiü) школi i3 ключовими методичними рекомендац'ями щодо )х упровадження в освiтнiй процес.
Формулювання проблеми. Наявний змст шюльно)'iнформатики фунтуеться на вивченн iнформацiйно-цифрових технологй, що орieнтованi на роботу з комп'ютерами виключно класично)'архiтектури, тод'1 як все бтьшо)'практично)'значущостi у рiзних сферах набувають новi технологи - квантовi. Не зважаючи на складну природу квантових технологй, а беручи до уваги )х перспективнсть, виникае потреба розпочати опанування основ ново)' квантово)' iнформатики вже на уроках профтьно)' (старшо)) школи за змстом навчального матер'шлу, адаптованого пд вiковi особливостi дтей старшого шкльного вшу.
Матер/'али iметоди. Для отримання результат'в використано теоретичнi методи наукового пошуку - анал'з наукових джерел з питань квантово)' iнформатики та методики навчання iнформатики у закладах загально)' середньо)' освти та синтез компонент'в методики навчання основ квантово)' iнформатики.
Результати. На даному етат досл'дження пропонуеться три експериментальт моделi пропедевтичного вивчення квантово)' iнформатики для упровадження в освiтнiй процес профiльно')'(старшо)) школи: 1) модель «Вибiрковий модуль «Основи квантово)'iнформатики»; 2) модель «Наскрiзне вивчення основ квантово)'iнформатики у курсах фiзики, математики та iнформатики»; 3) модель «1нтегрований курс «Основи квантово)'iнформатики».
Висновки. Включення питань квантово)' iнформатики, адаптованих для сприйняття та засвоення учнями старшого шкiльного вшу, у змст навчальних предмет '¡в природничо-математично)' та технолог'мно)' осв'ттх галузей вже сьогодн пдвищить мотива^ю до навчання через практичну значущсть )х оновленого змсту.
КЛЮЧОВ1 СЛОВА: квантова !нформатика, квантовий комп'ютер, квантовий алгоритм, освiтнiй процес, заклад загально)' середньо)'освти, профльна (старша) школа.
ВСТУП
Постановка проблеми. Наявний змкт шктьно''' Ыформатики фунтуеться на вивченн шформацмно-цифрових технологш, що орiентованi на роботу з комп'ютерами виключно класично''' архтектури. Тодi як у рiзних сферах цифрового сустльства, де необхщыстю е швидке опрацювання даних величезного обсягу (при молекулярному моделюваны, лопстиц та фшансовому прогнозуваны, метеорологи, криптограф^' тощо, i до чого не завжди можуть бути застосован класичн комп'ютери), все бтьшо''' практично'' значущост набувають новi технологи - квантовк
© Л.В. Легка, С.В. Шокалюк, е.Ю. Богуненко, 2021.
Перспективысть квантових технолопй зумовлюе розпочати вивчення 'х основ вже на уроках профтьно''' (старшо''') школи, а складнiсть навчального матерiалу (основ квантово''' фiзики, основ квантово''' теорп iнформацií, основ квантового програмування та криптографи) може бути вирiшена за рахунок:
а) виваженого адаптування змкту навчання пщ вiковi особливостi та рiвень пiзнавальних iнтересiв здобувачiв
освти;
б) розроблення повного комплекта освп>лх ресурсiв (перш за все пщручника або навчального посiбника, презентацiй та/або вщео, електронних робочих зошитiв) або загальнодоступного навчального курсу;
в) забезпечення учот^в яккною i докладною методичною пщтримкою.
Аналiз актуальних дослiджень. Дослщження i досвiд з методики навчання шформатики вiдображаються у роботах В. Ю. Бикова, А. Ф. Верланя, О. М. Довгялло, М. I. Жалдака, В. М. Касаткша, Ю. I. Машбиця, Н. В. Морзе, Г. Г. Науменка, С. А. Ракова, Ю. С. Рамського, В. Д. Руденка та шших науковщв.
Особливостям методики навчання шформатики учыв старшо' школи присвяченi роботи Н. В. Дегтярьово''', С. О. Лещук, Л. М. Меджитово''', I. О. Теплицького, Т. I. Чепрасово' та шших.
Швидкiсть розвитку iнформатичноí галузi невпинно набирае обертiв, постiйно у повсякдення входять все новi i новi технолог^'. Освiта не може залишити 'х поза увагою, тому постшного оновлення потребують змiст, засоби i методи iнформатики у загальнш середнiй освiтi. У зв'язку з цим удосконалення змкту шкiльноí програми з шформатики шляхом вивчення основ квантово''' iнформатики, зокрема елементiв квантового програмування, забезпечить шктьному предмету вщповщний рiвень актуальностi та значущостi.
Мета статл: описати експериментальнi моделi пропедевтичного вивчення квантово''' iнформатики учнями старшого шктьного в^ку та сформулювати ключовi методичнi рекомендацГ'' щодо 'х упровадження в освп>лй процес профiльноí (старшо') школи.
МЕТОДИ ДОСЛ1ДЖЕННЯ
Для отримання результат використано теоретичнi методи наукового пошуку - аналiз наукових джерел з питань квантово''' iнформатики та методики навчання шформатики у закладах загально' середньо' освiти та синтез компонент методики навчання основ квантово' шформатики.
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛ1ДЖЕННЯ
Беручи до уваги iнтегрованiсть змiсту квантово' iнформатики - квантова механiка (фiзика), квантова теорiя iнформацií, квантова теорiя алгори^в, на даному етапi дослiдження пропонуеться три моделi м пропедевтичного вивчення у профтьнш (старшiй) школi:
1) модель «Вибiрковий модуль «Основи квантово' шформатики»;
2) модель «Нас^зне вивчення основ квантово'' шформатики у курсах фiзики, математики та шформатики»;
3) модель «!нтегрований курс «Основи квантово'' шформатики».
За першою моделлю - «Вибiрковий модуль «Основи квантово' шформатики» - пропедевтичне вивчення пропонуеться запровадити в межах програми рiвня стандарту обов'язково-вибiркового курсу «Ыформатика» для 10(11)-х класiв в обсязi 17 навчальних годин. Таким чином, з'являеться ще одна альтернатива для досить поширеного варiанту вивчення шформатики у профтьнш (старшш) школi за програмою рiвня стандарту - по 1,5 навчальн години iнформатики у 10-у та 11-у класах (обсяг навчальних годин на два роки - 70), що обмежувався обов'язковим вивчення базового модуля (35 навчальних годин), двох 17-годинних (однозначно «Основи електронного документооб^у» та «Ыформацшна безпека») вибiркових модулiв й одного 35-годинного вибiркового модуля ("Веб-технологи", "Бази даних" тощо).
«Нас^зне вивчення основ квантово'' iнформатики у курсах фiзики, математики та шформатики» (за другою моделлю упровадження) пропонуеться за рахунок включення до програм, перш за все профтьного рiвня, перелiчених предме^в наскрiзного (загального, сптьного) навчального роздiлу (обсягом по 5-6 навчальних годин) iз проектною назвою <^зико-математичы основи програмування на квантових комп'ютерах».
За третьою моделлю - «!нтегрований курс «Основи квантово' шформатики» - iнварiанте (обов'язкове) пропедевтичне вивчення, бтьш Грунтовне (у порiвняннi iз першими двома моделями) пропонуеться в обсязi 35 навчальних годин для клаав iнформацiйно-технологiчного профiлю. Для клаав же математичного, фiзичного або фiзико-математичного профiлiв (чи iнших профiлiв природничо-математичного напряму) даний штегрований курс може бути рекомендований як курс за вибором.
Незалежно вщ вибору експериментально' моделi пропедевтичного вивчення квантово' iнформатики, головною метою и упровадження мае стати розвиток складових комп'ютерно' грамотностi та шформацшно''' культури через набуття базових теоретичних знань та практичних умшь здшснювати управлiння квантовими комп'ютерами як комп'ютерами нового поколшня.
Для досягнення поставлено' мети передбачаеться виршити там завдання:
- сформувати поняття «квантовий комп'ютер», «кубiт», «квантова суперпозицiя», «квантовий вентиль», «квантовий алгоритм», «квантова схема», «квантова сплутаысть (зв'язнiсть)», «квантове програмування»;
- ознайомити з iсторiею становлення, поточним станом та перспективами розвитку квантово' шформатики;
- ознайомити з фiзико-математичними засадами квантових обчислень;
- вивчити потен^ал та визначити переваги квантових комп'ютерiв для розв'язання окремих прикладних задач, задач моделювання складних систем рiзноí природи тощо;
- навчити реалiзовувати базовi квантовi алгоритми у спе^альному та унiверсальному середовищах iз вiддаленим та локальним доступом.
Для Грунтовного розумiння основних теоретичних засад квантових обчислень та набуття первинних практичних умшь управлшня квантовим комп'ютером через побудову та реалiзацiю квантових алгори^в на схемах та уыверсальною
мовою програмування Python, учням профтьно''' (старшо''') школи пропонуеться локальна та/або вщдалена робота з шструмен^ем SDK Qiskit в^д IBM (quantum-computing.ibm.com; qiskit.org).
ОБГОВОРЕННЯ
Пропедевтичне вивчення квантово''' шформатики за будь-якою експериментальною моделлю, зазначеною вище, передбачае опанування чотирьох тематичних роздЫв (Нильсен&Чанг, 2006; Силва, 2020; Бернхард, 2020):
- «Сучасн цифровi технологи. Вступ до квантовоÏ 'шформатики»)
- «Математичн основи квантових обчислень»;
- «Основи реал'вацй' квантових алгоритм'¡в на схемах»;
- «Базов'1 квантов'1 алгоритми та iхреалiзацiя на схемах i мовою програмування».
Вже на першому уроц («Цифров'1 технологи': iстор'я становлення, поточний стан, перспективирозвитку») учн мають дiзнатися про кват^ комп'ютери, ïx основне призначення, переваги та недолти у порiвняннi з класичними суперкомп'ютерами, особливостi будови та функцюнування, перспективи розвитку та загальн правила органiзаuiï роботи з наявними експериментальними моделями (на прикладi IBM Q Experience (quantum-computing.ibm.com)).
При цьому квантовий комп'ютер може розглядатися як шновацшний обчислювальний пристрiй, процесор (та носи даних) якого використовуе кваж^ об'екти, об'еднанi для проведення певних обчислень у квантову систему (Яковлев, 2008; Чивилихин, 2009; Сигов&Андрианова&Жуков&Зыков&Тарасов, 2019).
У свою чергу, квантовий об'ект може тлумачитися як об'ект квантового мтросвп^у, основними властивостями якого
е такг
- наявысть певного стану iз двома граничними значеннями;
- перебувае в суперпозицп сво'х стаыв до моменту вимiрювання;
- заплутуеться (зв'язуеться) з iншими об'ектами для створення квантових систем;
- не пщлягае клонуванню.
В наслщок чого, квантова система, як система заплутаних (зв'язних) квантових об'ектiв, мае таю основы властивостк
- перебувае в суперпозицп вах можливих стаыв об'ектiв, з яких вона складаеться;
- до моменту вимiрювання стан системи дiзнатися не можна;
- пщ час вимiрювання система реалiзуе один з можливих варiантiв сво'х граничних станiв.
Докладне пояснення основних властивостей квантових об'ек^в i систем, за щеею в^д habr.com, здшснюеться на прикладi об'екта з реального св^ - монети.
Стан монети - «сторона» монети («бт» монети) - може набувати два граничн значення - «орел» та «решка».
Суперпози^я стаыв пояснюеться на прикладi пiдкинутоï монети, що летить та обертаеться: доки монета обертаеться, неможливо сказати в якому з граничних значень знаходиться ÏÏ стан "сторона"; але варто схопити монету i подивитися на результат (вимiряти стан квантового об'екта), як суперпози^я стаыв миттево переходить в одне з двох граничних - "орел" або "решка". В залежност вщ початково''' швидкосп, кута пiдкидання, стану навколишнього середовища, в якiй летить монетка, в кожен момент часу ймовiрнiсть отримати "орел" чи "решка" рiзна.
Заплутування (зв'язнiсть, впливовiсть) одного квантового об'екта з шшими для створення квантових систем пояснюеться на прикладi пщкидання трьох монет таким чином, що вони обертаючись «чiплялися» одна одну. У кожен момент часу не ттьки кожна з монет знаходиться в суперпозицп стаыв, але ui стани взаемно впливають один на другий.
Про неможливкть котювання стану квантового об'екта учитель переконуе на тому, що: поки монетки летять i обертаються, ми ыяким чином не можемо створити окрему вщ системи котю обертового стану будь-яко''' з монеток. Система живе сама в собi i дуже ревниво ставиться до того, щоб видати назовн будь-яку шформацю
Наступн два уроки пропонуеться (за потреби) присвятити питанням арифметико-лопчних основ роботи класичного комп'ютера. Шсля такого узагальнюючого повторення (актуалiзацiï, або вивчення), опанування фiзико-математичних основ роботи квантових комп'ютерiв взагалi, та квантових обчислень зокрема, вщбуватиметься на бiльш свщомому рiвнi.
До наступно''', обов'язково', серп уромв з математичних основ квантових обчислень (другий тематичний роздт, орiентовно уроки №№4-6) включено уроки на теми:
- «Робота з об'ектами лiнiйноï алгебри: вектори»;
- «Комплексн'1 числа та diïз ними»;
- «Робота з об'ектами лiнiйноï алгебри: матриц/'».
Пкля узагальнюючого повторення вщомих теоретико-практичних засад роботи з векторами ^з зверненням до нотацп Дiрака), на учыв чекае пор^я нового навчального матерiалу щодо роботи з векторами у рiзниx базисах, знайомства з: а) розширенням множини дшсних чисел - множини комплексних чисел, поданням комплексних чисел в алгебра'чнш та тригонометричнш формах, основними опера^ями над комплексними числами в алгебра'чнш формi; б) матрицями як таблицями дiйсниx або комплексних чисел, рiзновидами матриць - квадратними матрицями, одиничними, ортогональними та уытарними та основними опера^ями над ними (транспонування, множення на число або матрицю, швертування).
Зважаючи на значний обсяг навчального матерiалу як частково оновленого змкту, так i змiсту, первинного для засвоення, пропонуеться оргаызована комп'ютерно орiентована пiдтримка роботи iз перелiченими об'ектами на рiзниx етапах (на прикладi iнструментарiю веб-орiентованоï системи комп'ютерно,' математики SageMath на аркушах Jupyter Notebook у середовищi CoCalc (cocalc.com)).
Починаючи орiентовно з уроку №7 (за першою моделлю упровадження) учн переходять до ознайомлення з основами реалiзацN квантових алгоритмiв на схемах (знов-таки на прикладi IBM Q Experience (quantum-computing.ibm.com)). Фрагмент поурочно-тематичного планування роздту «Основи реалiзаuiï' квантових алгорит^в на схемах» iз зазначенням очтуваних результатiв 'х опанування подано у таблиц 1.
Таблиця 1
Тематика базових уротв квантовоТ алгоритмваци
Номер уроку (opieHTOBHo) Тема уроку Очiкуванi результати
7 Ключовi поняття квантових обчислень учень/учениця: - пояснюе поняття кубп-, спiн, стан кубпу, квантова суперпозицiя, вимiрювання кубiту, сплутаысть кубiтiв, квантовий алгоритм, квантова схема («схема квантового алгоритму», формулювання термЫу уточнюеться), квантовий вентиль, призначення та змкт квантових вентилiв заперечення, Адамара, контрольного заперечення, Тоффол^ Фредкiна; - розр1зняе зворотн i незворотнi операцп; - встановлюе в1дпов1дн1сть м1ж матричним оператором та позначенням квантового вентиля у квантових схемах; - ум1е будувати основы кван^ схеми у спе^альному середовищ^ використовувати необхiднi кван^ вентилi, ¡нтерпретувати отриманi результати
8 Кват^ схеми та середовища 'х проектування
9 Квантовий вентиль заперечення
10 Квантовий вентиль Адамара
11 Квантовий вентиль контрольного заперечення
12 Кваж^ вентилi Тоффолi та Фредкша
Ключовим моментом методики навчання учнiв основам квантово''' iнформатики взагалi, та зокрема квантово''' алгоритмiзацií на схемах, е реалiзацiя дiяльнiсного пiдходу, з метою максимально' вiзуалiзацií квантово-математичних абстракцiй.
Так, для переконання учыв у тому, що квантовий комп'ютер функцiонуе за ймовiрнiсним принципом, пiсля кожного вимiрювання стаыв квантових об'ектiв одно- чи багатокубiтноí квантово''' системи, необхiдно порiвняти отриман результати всiх учнiв i зробити висновки, що вони не е однозначно детермшованими.
При ознайомленн учыв iз вентилями не буде достатым лише формулювань про 'х призначення та вигляд унггарно''' матрицi, що реалiзуе вiдповiдну квантову логiчну операцю
Наприклад, повiдомляючи, що вентиль Адамара переводить кубгг у суперпозицiю рiвноймовiрнiсних станiв, доречно показати стан кубта до дм вентиля Адамара (див. рис. 1) та тсля його застосування (див. рис. 2).
ЕЕ Э+ шн Add ОЕШЕШПЕШОВ^ БШШВВН © !
га ИЗ G
+ № ГА
0
Siatevector ^ Ф ; 0 -sphere v Ф !
I 5
сц
< 0.2 1 1 Г/2 А
0 1 v:T 31Г/2 Q State Ц Phase angle
Рис. 1. 1люстращя стану кубiта до застосування вентиля Адамара
Аналогiчно пропонуеться ознайомлювати учнiв з особливостями роботи будь-якого квантового вентиля та окремих етатв вже вщомих квантових алгоритмiв, що вивчатимуться у наступному роздЫ - «Базовi квантовi алгоритми та 'х реалiзацiя на схемах i мовою програмування». Очiкуваними результатами опанування даного роздту е те, що учень/учениця:
- знае особливост реалiзацií квантових алгоритмiв у середовищi з вщдаленим доступом та у локальному середовищ^ основи синтаксису реалiзацíí квантового алгоритму уыверсальною мовою програмування;
- розумiе змiст основних квантових алгорт^в;
- пояснюе покрокову структуру основних квантових алгори^в;
- використовуе можливост середовищ iз вiддаленим та/або локальним доступом для реалiзацií квантових алгоритмiв у виглядi схем та програм;
Рис. 2. !люстращя стану Ky6iTa пiсля застосування вентиля Адамара
- реалiзуе та виконуе основы кван^ алгоритми у спе^альному середовищi побудови квантових схем та уыверсальною мовою програмування;
- усвщомлюе ефективнiсть квантових обчислень у порiвняннi з класичними
- оuiнюе вщповщжсть результатiв виконання програми поставленiй задачу
- дотримуеться правил написання читабельного коду та комен^в до нього, пояснюе код шшим.
За експериментальним варiантом змiсту роздiлу учнi навчаються реалiзовувати вже вiдомi квантовi алгоритми -алгоритм Шора, алгоритм Гровера, алгоритм Дойча-Йожи, а також алгоритм квантово' телепортацп - у виглядi схем та мовою програмування Python (за наведеним зразком, iз звернення до шструментар^ Qiskit).
В межах розглянуто' моделi пропедевтичне навчання квантово'' шформатики здшснюеться лише вчителем шформатики, що потребуе вщповщно''' пiдготовки з основ квантово' механти та певних роздЫв вищо'' математики. Зважаючи на даний факт, е потреба переглянути, та у разi необxiдностi оновити, змкт фундаментальних курсiв фiзики та математики для майбутых учителiв шформатики.
ВИСНОВКИ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ПОДАЛЬШОГО ДОСЛ1ДЖЕННЯ
1. Оновлення шкiльноï програми з iнформатики включенням питань квантово'' iнформатики, зокрема елементiв квантового програмування, адаптованого для сприйняття та засвоення учнями, забезпечить шктьному предмету вiдповiдний рiвень актуальностi та значущостi.
2. Пропедевтичне вивчення квантово'' шформатики у профтьнш (старший) школi пропонуеться органiзувати за одыею iз трьох моделей. Перша модель, на якш акцентовано увагу, передбачае задiянiсть лише вчителя шформатики. 1ншл двi моделi (змiстовно-методичнi рекомендацп до них уточнюються) можуть бути реалiзованi iз залученням вчителя фiзики (та у разi потреби вчителя математики).
Список використаних джерел
1. Azure Quantum | Microsoft Azure. URL : https://azure.microsoft.com/ru-ru/services/quantum/. (дата звернення 28.02.2021).
2. CoCalc - Collaborative Calculation and Data Science. URL : https://cocalc.com/app. (дата звернення 28.02.2021).
3. IBM Quantum. URL : https://quantum-computing.ibm.com. (дата звернення 28.02.2021).
4. Qiskit. URL : https://qiskit.org/ (дата звернення 28.02.2021).
5. Бернхард К. Квантовые вычисления для настоящих айтишников. СПб : Питер, 2020. 240 с.
6. Как работают квантовые компьютеры. Собираем паззл. 19.12.2019. URL : https://habr.eom/ru/post/480480/#R6 (дата звернення 28.02.2021).
7. Нильсен М., Чанг И. Квантовые вычисления и квантовая информация. Пер. с англ. М. : Мир, 2006. 824 с.
8. Сигов А. С., Андрианова Е. Г., Жуков Д. О., Зыков С. В., Тарасов И. Е. Квантовая информатика: обзор основных достижений. Российский технологический журнал. 2019. 7(1). С. 5-37. DOI : 10.32362/2500-316X-2019-7-1-5-37.
9. Силва В. Разработка с использованием квантовых компьютеров. СПб : Питер, 2020. 352 с.
10. Чивилихин С. А. Квантовая информатика. Учебное пособие. СПб: СПбГУИТМО, 2009. 80 с.
11. Яковлев В. П. Доклад на фестивале науки. Москва : МИФИ, 2008. URL : https://cutt.ly/7zh7XyI. (дата звернення 28.02.2021).
References
1. Azure Quantum | Microsoft Azure. Retrieved 28 February 2021, from https://azure.microsoft.com/ru-ru/services/quantum/. [in Russian]
2. CoCalc - Collaborative Calculation and Data Science. Retrieved 28 February 2021, from https://cocalc.com/app. [in English]
3. IBM Quantum. Retrieved 28 February 2021, from https://quantum-computing.ibm.com. [in English]
4. Qiskit. Retrieved 28 February 2021, from https://qiskit.org/. [in English]
5. Bernkhard, K. (2020) Kvantovy'e vy'chisleniya dlya nastoyashhikh ajtishnikov. SPb : Piter. [in Russian]
6. Kak rabotayut kvantovy'e komp"yutery\ Sobiraem pazzl. (2019). Retrieved 28 February 2021, from https://habr.com/ru/post/480480/#R6. [in Russian]
7. NiTsen, M. & Chang, I. (2006). Kvantovy'e vy'chisleniya i kvantovaya informacziya. Per. s angl. M. : Mir. [in Russian]
8. Sigov, A. S. & Andrianova, E. G. & Zhukov, D. O. & Zy'kov, S. V. & Tarasov, I. E. (2019). Kvantovaya informatika: obzor osnovny'kh dostizhenij. Rossijskij tekhnologicheskij zhurnal, 7(1), 5-37, DOI : 10.32362/2500-316X-2019-7-1-5-37 [in Russian].
9. Silva, V. (2020). Razrabotka s ispoPzovaniem kvantovy'kh komp'yuterov. SPb : Piter. [in Russian].
10. Chivilikhin, S. A. (2009). Kvantovaya informatika. Uchebnoe posobie. SPb: SPbGUITMO [in Russian].
11. Yakovlev, V. P. (2008). Doklad na festivale nauki. Moskva: MIFI. Retrieved 28 February 2021, from https://cutt.ly/7zh7XyI [in Russian].
PROPAEDEUTICS OF STUDYING QUANTUM COMPUTER SCIENCE IN A SPECIALIZED (HIGH) SCHOOL Liudmyla Lehka, Svitlana Shokaliuk, Elyzaveta Bohunenko
Kryvy Rih State Pedagogical University, Ukraine
Abstract. The article offers experimental models for studying the basics of quantum computer science in specialized (high) schools with key methodological recommendations for their implementation in the educational process.
Formulation of the problem. The current role of school informatics is based on the study of digital technologies, which are focused on working with computers of exclusively classical architecture, while are gaining more and more practical importance in various spheres new technologies - quantum technologies. Notwithstanding the complex nature of quantum technologies, but taking into account their perspectives, there is a need to start learning the basics of new quantum informatics in the lessons of specialized (high) schools in the form of educational material, adapted to the age specifics of high school children.
Materials and methods. To obtain the results, we used theoretical methods of scientific search - analysis of scientific sources on quantum computer science and methods of teaching computer science at institutions of general secondary education and synthesis of components of the methodology for teaching the basics of quantum computer science.
Results. A t this stage of research, three experimental models of propaedeutic study of quantum computer science are proposed for implementation in the educational process of specialized (high) schools: 1) the model Selective module "The fundamentals of quantum computer science"; 2) the model Through study of the basics of quantum computer science in Physics, Mathematics and Computer science courses; 3) the model Integrated course " The fundamentals of quantum computer science".
Conclusions. The inclusion of quantum computer science issues adapted for perception and assimilation by high school students in the content of academic subjects in the natural-mathematical and technological educational fields today will increase a motivation to learn through the practical significance of their updated content.
Key words: quantum computer science, quantum computer, quantum algorithm, educational process, institution of general secondary education, specialized (high) school.
This work is licensed under Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
