СТРУКТУРА ТА ЗМІСТ КОМПЕТЕНТНОСТЕЙ З ОСНОВ КВАНТОВОЇ ІНФОРМАТИКИ УЧНІВ ЛІЦЕЇВ Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

Scientific journal ISSN 2413-158X (online)

PHYSICAL AND MATHEMATICAL EDUCATION ISSN 2413 1571 (Print)

Has been issued since 2013.

Науковий журнал

Ф1ЗИКО-МАТЕМАТИЧНА ОСВ1ТА

Видасться з 2013.

https://fmo-journal.org/

Легка Л.В. Структура та змст компетентностей з основ квантовой iнформатики y4Hie лiцеiв. Ф/'зико-математична осв'та, 2021. Випуск 5(31). С. 54-59.

Lehka L. Structure and content of competences on the basics of quantum informatics of pupils from lyceums. Physical and Mathematical Education, 2021. Issue 5(31). Р. 54-59.

DOI 10.31110/2413-1571-2021-031-5-008 УДК 373.5.016:[004.4+530.145]

Л.В. Легка

Кривор'1зький державний педагогiчний yнiверcитет, Украна

asp18-lehka@kdpu.edu.ua https://orcid.org/0000-0001-5768-5475

СТРУКТУРА ТА ЗМ1СТ КОМПЕТЕНТНОСТЕЙ З ОСНОВ КВАНТОВО1 1НФОРМАТИКИ УЧН1В Л1ЦЕ1В

АНОТАЦ1Я

У статтi представлен результати експертного опитування щодо визначення складових компетентностей з основ квантовоi iнформатики yчнiв л'ще^в.

Формулювання проблеми. Стр'ткий розвиток та перспективнсть квантових технологй у cвiтi е очевидними передумовами черговоi трансформацИ змсту навчання iнформатики в ЗЗСО Украни, а також уточнення результат'в його опанування - складових iнформацiйно-комyнiкацiйно)' (цифровой компетентности Консорциум QTEdu у травнi 2021 року опублкував першу версю бвропейськоi рамки компетентностей у галуз'1 квантових технологй (European Competence Framework for Quantum Technologies), складовi яко)' е основою для визначення в'дпов'дних компетентностей для здобувач'ю освти, зокрема повноi загально), а також для впровадження та реалiзацi)' освтньо-наукових проектов квантовое галузi.

Матер/'али i методи. Для отримання результат 'ю досл'дження були застосован емпричний метод (опитування у вигляд'1 нап'юв'дкритого анкетування, де поряд 'в запропонованими вар'шнтами в'дпов'дей можна було надати влаcнi змктовш коментар'ьрекомендац'й) та здйснений статистичний анализ результатов опитування (ранжування для визначення важливостi складових компетентностей).

Результати. Проведене експертне опитування, до якого долучилися переважно вчителi та викладачi, надало змогу отримати в 'дпов 'д й рекомендацП щодо остаточного визначення змсту компетентностей з квантовое iнформатики учнв л 'ще'(в: компетентности з фiзичних основ квантових технологй; компетентности з математичних основ квантовое iнформатики; компетентности iз забезпечувальних технологй; компетентности з апаратного забезпечення квантових комп'ютер'в та датчишв; компетентности з квантових обчислень та моделювання; компетентности з квантових датчишв та метрологи; компетентности з квантовое комун 'шаци; практuчнi навички та загальних компетентностей.

Висновки. Визначеш структура та змст компетентностей з основ квантовое iнформатuкu учнв л'ще^в дали змогу уточнити змст в'дпов'дного факультативного курсу.

КЛЮЧОВ1 СЛОВА: квантовi технологи, квантова iнформатuка, компетентнсний п'дх'д, компетентности з основ квантовое шформатики.

ВСТУП

Постановка проблеми. Сучасна школа повинна надавати знання, що актуальж не лише для сьогодення, а й на далеку перспективу. Значущими складовими мети ocBi™ е всебiчний розвиток людини, м штелектуальних та творчих здiбностей, формування ценностей i компетентностей, необхщних для м устшно''' самореалiзацií, тдвищення освiтнього рiвня громадян задля забезпечення сталого розвитку Укра'ни (6). Це зумовлюе випереджальний i шновацшний характер освти та необхщнкть ii модерызацп на основi системного, методично обГрунтованого упровадження основ квантово'' шформатики в шформатичну освтню галузь.

Аналiз актуальних дослщжень. Переконливим свщченням тако'' необхщносп е сптьна робота Нацюнального фонду дослщжень та уряду США iз «квантово''' трансформация шктьно''' освiти. Зокрема, у 2020 роц були визначен 9 ключових концепцш шктьного курсу основ квантово' шформатики, серед них квантовий стан, вимiрювання у квантовм систем^ кубп-, сплутаысть, когерентысть, кват^ комп'ютери, квантова комунта^я та квантове панування (3). Реалiзацiя ще трансформаци у рамках National Q-12 Education Partnership спрямована на те, щоб «... упродовж наступного десятилгття ствпрацювати iз американськими вчителями з метою створення потужного квантового середовища

© Л.В. Легка, 2021.

навчання, розпочинаючи в^д надання 3aco6iB для розробки практико зорieнтованих навчальних матерiалiв i закiнчуючи спрямуванням на професп в галузi квантових технологiй. ... Разом ми можемо пщготувати нову генерацiю американських професiоналiв, озброених засобами досягнення ycnixy в шдустрп майбутнього» (2).

За прогнозами учасниюв самiту «Pioneers of Change» до 2025 року кват^ обчислення переростуть свое зародження, i на повну потужысть запрацюе перше поколiння комерцшного квантового обладнання для розв'язання реальних задач, зокрема - моделювання складних хiмiчних реакцiй для розробки лЫв та речовин iз наперед заданими властивостями (1).

У Державному стандарт базово!' середньо!' освiти (5) питання квантових технолопй не розглядаються через те, що опанування !'х елемент (зокрема, початки квантово!' фiзики) передбачено на третьому рiвнi повно! загально! середньо! освiти - у профтьнш середнiй освiтi, що передбачае виконання учнем вимог до результат навчання, ям мали бути визначен державним стандартом профтьно! середньо! освiти, затвердження якого заплановане на 2023 рт. Це зумовлюе необхiднiсть уточнення змкту iнформацiйно-комунiкацiйноï компетентностi учнiв лiцеïв шляхом уведення до не! компетентностей з основ квантово! iнформатики.

У рамках европейського проекту «Quantum Flagship» розробляеться рамка компетентностей у галузi квантових технологш (European Competence Framework for Quantum Technologies) (4), що у майбутньому стане розширенням рамки цифрових компетентностей DigComp та стане вщправною точкою для планування i структурування рiзноманiтних освтньо-наукових проект з квантових технолопй.

Будемо визначати компетентност'1 з основ квантовоÏ 'шформатики y4Hie л'ще'в як динамiчну комбша^ю знань, умiнь, навичок, способiв мислення, поглядiв, iнших особистих якостей у сферi квантових технологiй, що визначае здатысть особи успiшно провадити подальшу професiйну та/або навчальну дiяльнiсть iз використанням таких технологiй. А, зпдно бвропейсько! рамки компетентностей у галузi квантових технологiй, вони включають у себе групи компетентностей, що охоплюють таю питання: 1) фiзичнi основи квантових технологш (основы поняття квантово! фiзики, динамiка кубiтiв); 2) математичн основи квантовоÏ 'шформатики (основи лшшно! алгебри, математика основ квантово! фiзики, основи статистики квантових вимiрювань); 3) забезпечувальн технологи (оптичнi технологи, лабораторш технологи, експериментальне керування); 4) апаратнезабезпеченняквантовихкомп'ютер'!в тадатчитв (пристро! на основi спшу, нейтральнi атоми та iони, новi види кубiтiв, обладнання для iнiцiалiзацiï, манiпуляцiï та зчитування кубiтiв, використання апаратних платформ для квантових обчислень); 5) квантов'1 обчислення та моделювання (кваж^ вентил^ кваж^ мови, засоби та платформи програмування, базовi кван^ алгоритми, квантова корекцiя помилок, елементи квантового моделювання); 6) квантов'1 датчики та метрологiя (атомы годинники, галузi застосування квантових датчимв);

7) квантова комyнiкацiя (квантова криптографiя, кван^ мереж^ iнфраструктура та обладнання квантового зв'язку);

8) практичн навички та загальн компетентност'1 (основи класичного програмування, застосування квантових технолопй, загальн навички/компетентносп).

Мета статп - уточнення складових груп компетентностей (знань та умшь) з основ квантово! iнформатики учнiв лще!в за результатами експертного опитування.

МЕТОДИ ДОСЛ1ДЖЕННЯ

Для отримання результатiв дослiдження були застосованi емпiричний метод (опитування у виглядi напiввiдкритого анкетування, де поряд iз запропонованими варiантами вщповщей можна було надати власнi змктовы коментарi-рекомендацiï) та здiйснений статистичний аналiз результатiв опитування (ранжування для визначення важливост складових компетентностi).

РЕЗУЛЬТАТИ

З метою виявлення значущост складових бвропейсько! рамки компетентностей у галузi квантових технолопй, а також отримання рекомендацп щодо змiсту навчання шкiльного курсу основ квантово!' iнформатики було проведено опитування серед зацтавлених у галузi квантових технологiй. В опитуваннi взяли участь 36 респондент, частина з яких сумщають декiлька посад - наприклад, викладача ЗВО та спiвробiтника НД1 чи викладача ЗВО й учителя ЗЗСО.

Кожному iз респондент було запропоновано виконати самооцiнювання власного рiвня компетентностi у квантовiй шформатицГ Глибокий рiвень обiзнаностi з окремими складовими виявили 11,1% респондентiв, 41,7% вказали на обiзнанiсть з окремими складовими, а 47,2% - на наявысть початкових уявлень з квантово! шформатики. Через складшсть та мiждисциплiнарний характер галузi жоден iз респондент не щентифтував себе як особу, глибоко обiзнану з усiма складовими, тому для опрацювання вщповщей респондент було визначено наступн ваговi коефщенти для кожно! з категорiй опитаних: 1 - маю початковi уявлення, 2 - обiзнаний з окремими складовими, 3 - глибоко обiзнаний з окремими складовими, 4 - експерт.

БтьшМсть питань анкети передбачали оцшювання доцтьносп уведення до змкту навчання рiзних знань та умшь з основ квантово! iнформатики за шкалою: -1 - зовам не важливо, 0 - утрудняюсь вщповкти, 1 - мало важливо, 2 - скорше важливо, 3 - дуже важливо. Вщповщ «утрудняюсь вщповкти», що кодувалися значенням 0, передбачалися для учасниюв опитування, ям не в повнш мiрi могли оцшити окремi компоненти через необiзнанiсть в оцшюваних знаннях чи неволодiння вщповщними умiннями.

Оцiнка важливостi кожно! iз складових компетентностi учнiв лiцеïв з основ квантово!' iнформатики обчислювалась за формулою (1):

Акт = £"=1 wiaikm, (1)

де:

п- кшьмсть експертiв (на кiнець опитування п = 36);

i - номер експерта (i = 1, ...,п);

к - номер групи компетентностей з основ квантово!' шформатики (к = 1 .8);

т - номер складово! к -то! групи компетентностей з основ квантово!' шформатики;

Акт - оцшка важливостi т -то! складово! к -то! групи компетентностей (Акт=-1 * 4 * п ...3 * 4 * п );

wi - рiвень компетентностi ( -того експерта у квантовш iнформатицi (^1 = 1, ...,4);

а1кт - оцiнка важливост ( -тим експертом т -то! складово! к -то! групи компетентности.

Визначення найбтьш важливих складових виконувалось наступним чином: якщо Акт не менше за порогове значення, вщповщна складова вiдбиралась, iнакше - не вщбиралась. Порогове значення Р = 120,8 обчислювалося за формулою (2): Р =т1 п(Акт) + 0,45 * (тах(Акт) — (тт(Акт) , (2) де: т1п(Акт) = 92; тах(Акт) = 156.

Ураховуючи, що до оцшюваних складових були залучен як знання, так й умшня, у випадку, якщо для вщбраного умiння не було вiдiбрано вщповщного йому знання, нами було додатково виконано його в^дб^р.

У таблиц 1 наведено вiдiбранi результати опитування та !х статистичного аналiзу. У стовпц «Виб^р» напроти кожно! складово! компетентности зазначаеться «*» - обрана учасниками опитування за умови перевищення показника порогового значення Р або «+» - додана автором до перелту як вiдповiднi знання до обраних учасниками опитування умшь.

Таблиця 1.

Оцшювання важливостi складових компетентностей з основ квантово!' ¡нформатики

m Складова компетентности Оцшка експерта Акт Ви-бiр

зовсiм не важливо мало важливо утрудняюсь вщповкти скорше важливо дуже важливо

Складовi групи компетентностей з фiзичних основ квантових технологiй (к = 1, m = 1..8)

1 знання основних понять квантово! фiзики 1 2 1 13 19 139 *

3 умшня визначати, чи знаходяться кубiти у пов'язаних (заплутаних) станах 1 4 5 14 12 115 +

7 умшня подавати кубп- на сферi Блоха 2 4 7 16 7 92 +

Складовi групи компетентностей з математичних основ квантово! шформатики (к = 2, m = 1..10)

1 знання основ теорГ! комплексних чисел 2 3 3 0 28 144 *

2 знання основ лшшно! алгебри 0 4 2 0 30 156 *

3 знання математичних основ квантово! фiзики 1 1 3 0 31 156 *

4 знання статистично! природи квантових вимiрювань 1 4 1 0 30 148 *

6 умiння подавати вектори (матрицi-стовпцi, матрици рядки) у бра-кет нотацГ! 1 4 2 12 17 134 *

7 умшня оперувати iз стандартними базисами 1 2 2 14 17 137 *

8 умшня подавати вектор у обраному базиа 1 3 2 16 14 128 *

10 умшня наводити приклади унiтарних матриць та виконувати дм з ними 2 3 1 16 14 132 *

Складовi групи компетентностей i3 забезпечувальних технолопй (к = 3, m = 1..5)

1 знання оптичнихтехнолопй 2 1 2 17 14 128 *

2 знання лабораторних технолопй 2 1 3 15 15 126 *

3 знання експериментального управлшня 1 1 2 18 14 130 *

4 умшня розрiзняти джерела фотоыв 1 2 1 22 10 128 *

Складовi групи компетентностей з апаратного забезпечення квантових комп'ютерiв та датчишв (к = 4, m = 1..8)

1 знання будови пристро!в на основi спiну (зокрема, натвпровщникових квантових точок) 2 1 4 21 8 111 +

5 знання апаратних платформ для квантових обчислень, способiв !х iнтеграцi!' з класичним обладнанням 2 0 7 17 10 111 +

6 умшня описувати типовi структури квантових ком-п'ютерiв, пояснювати загальнi принципи !х роботи 1 2 2 14 17 134 *

7 умiння виконувати налаштування вiддаленого доступу до квантових комп'ютерiв 1 1 4 14 16 126 *

8 умiння виконувати квантовi програми на квантових комп'ютерах 1 1 6 11 17 125 *

Складовi групи компетентностей з квантових обчислень та моделювання (к = 5, m = 1..14)

1 знання квантових вет^/^в (одно-, дво- та багатоку-бiтних) 3 3 7 13 10 105 +

2 знання мов квантового програмування, засобiв роз-робки квантового програмного забезпечення та платформ (зокрема, графiчних) 2 1 5 16 12 120 *

3 знання базових квантових алгоритми (Шора, Гровера, квантово! оптимiзацí!, оцшки квантово! фази, квантово! лшшно! алгебри, квантового блукання та шших) 2 2 4 15 13 119 +

т Складова компетентности Оцшка експерта Акт Ви-бiр

зовам не важливо мало важливо утрудняюсь вщповкти скорше важливо дуже важливо

6 умшня записувати кват^ вентилi за допомогою уытарних матриць 2 6 5 12 11 110 +

7 умшня розрiзняти та застосовувати однокубпн вентилi (перетворення Паул^ вентиль Адамара, фазовi зсуви) 1 4 5 15 11 116 +

8 умшня виконувати операцп за допомогою багатоку-бiтних вентилiв (CNOT, векл^ Тоффолi та Фредкiна) 1 4 2 19 10 122 *

9 умiння застосовувати кваж^ вентилi для запису квантових алгорт^в 2 3 3 15 13 123 *

10 здатнiсть послуговуватись мовами та засобами квантового програмування 2 2 2 15 15 130 *

11 умшня реалiзовувати квантовi алгоритми 1 3 4 18 10 117 +

14 умiння працювати iз квантовими симуляторами 2 4 2 17 11 117 +

Складовi групи компетентностей з квантових датчимв та метрологи (к = 6, т = 1..5)

1 знання будови атомних годинни^в 2 2 3 19 10 113

2 знання галузей застосування квантових датчи^в 1 2 3 16 14 124 *

5 умiння наводити приклади застосування квантових датчи^в у рiзних галузях 1 0 3 15 17 130 *

Складовi групи компетентностей з квантовоТ комужкацм (к = 7, т = 1..8)

1 знання квантовоТ криптографп (квантового роз-подiлу ключа, безпечноТ автентифiкацiТ, цифрових пщпиав, галузей застосування) 2 1 4 16 13 122 *

2 знання про кван^ мережi (квантовий 1нтернет, сенсоры та годинниковi мережi) 1 0 4 13 18 133 *

3 знання шфраструктури та обладнання квантового зв'язку (волоконно-оптичн системи, бездротовий зв'язок, супутниковi системи; кван^ генератори випадкових чисел; квантова пам'ять, штерфейси, комутатори; повторювачi, кiнцевi вузли) 1 2 2 15 16 130 *

7 умiння описувати принципи роботи та будову обладнання квантових мереж 1 3 2 16 14 129 *

8 умшня наводити приклади застосування квантовоТ криптографп у рiзних галузях 1 2 4 13 16 125 *

Складовi практичних навичок та загальних компетентностей (к = 8, т = 1..6)

1 знання основ класичного (неквантового) програмування: мов програмування, алгори^в, клаав складносп, криптографп 2 2 2 13 17 133 *

2 знання галузей застосування квантових технологш 1 2 2 14 17 136 *

4 умшня реалiзовувати базовi класичн алгоритми (зокрема, криптографiчнi) мовами програмування 2 2 3 12 17 126 *

5 умшня наводити приклади використання квантових алгоритмiв для досягнення квантовоТ переваги 2 4 2 13 15 124 *

ОБГОВОРЕННЯ

Опрацювання результатiв вiдповiдей на питання «Оцшпъ за шкалою вщ 0 до 5 важливiсть формування у л^цеТ кожноТ з компетентностей» виявило, що усi компетентностi е приблизно однаково важливими (Тх внесок коливаеться в^д 12,17 % до 13,42 %), за винятком компетентности з квантових датчи^в та метрологи - ТТ внесок становить 10,33 %. Це надае орiентир для реалiзацiТ вiдiбраного змiсту навчання у навчальый програмi щодо розподiлу навчального часу факультативного курсу «Основи квантовоТ iнформатики» для учыв лiцеТв, що представлен у таблицi 2.

Таблиця 2.

Зм1ст навчання факультативного курсу «Основи квантовоТ шформатики» для учшв лщеТ'в

_Тема уроку та компетентности, що будуть сформоваж/удосконалеж_

1. Квантова iнформатика та перспективи ТТ розвитку (1 година)

Компетентност'1 з ф'!зичних основ квантовихтехнологш: знання основних понять квантовоТ фiзики. Компетентност'1 з апаратного забезпечення квантових комп'ютер'е та датчике: знання будови пристроТв на основi спшу (зокрема, натвпровщникових квантових точок); умшня описувати типовi структури квантових комп'ютерiв, пояснювати загальнi принципи Тх роботи.

Компетентност'1 з квантових датчике та метрологи: знання галузей застосування квантових датчи^в; умшня наводити приклади застосування квантових датчиюв у рiзних галузях.

Практичн навички та загальн компетентност'1: знання галузей застосування квантових технологш.

Тема уроку та компетентности що будуть сформоваш/удосконалеш

2. Арифметико-логiчнi основи роботи класичного комп'ютера (1 година)

Компетентност': з математичних основ квантово: '¡нформатики: знання основ лшшно! алгебри; умшня наводити приклади унiтарних матриць та виконувати дм з ними; умiння оперувати iз стандартними базисами; умiння подавати вектор у обраному базиа.

3. Кубгг. Квантовий логiчний вентиль Паулi X (1 година)

Компетентност'1 з ф':зичних основ квантових технологш: умшня подавати кубгг на сферi Блоха.

Компетентност'1 з математичних основ квантово: ':нформатики: знання основ лшшно! алгебри; умшня подавати вектори (матрицистовпц^ матрицирядки) у бра-кет нотацп; умшня наводити приклади унiтарних матриць та виконувати дм з ними; умшня оперувати iз стандартними базисами; умшня подавати вектор у обраному базиа; знання математичних основ квантово! фiзики; знання статистично! природи квантових вимiрювань.

Компетентност'1 з квантових обчислень та моделювання: знання квантових векл^в (одно-, дво- та багатокубiтних); умшня розрiзняти та застосовувати однокубпн венл^ (перетворення Паулi)._

4. Квантовi логiчнi вентилi Паулi Z, Y. Комплекснi числа (1 година)

Компетентност'1 з ф':зичних основ квантових технологiй: умшня подавати кубгт на сферi Блоха.

Компетентност'1 з математичних основ квантово: iнформатики: знання основ теорп комплексних чисел; знання основ лшшно! алгебри; умiння подавати вектори (матрицистовпщ, матрицi-рядки) у бра-кет нотацп; умшня наводити приклади уытарних матриць та виконувати дГ! з ними.

Компетентност'1 з квантових обчислень та моделювання: знання квантових венн^в (одно-, дво- та багатокубiтних); умшня розрiзняти та застосовувати однокубпн венл^ (перетворення Паулi).

5. Квантовi лопчш вентилi Адамара та контрольованого заперечення. Розв'язання задач (1 година)

Компетентност'1 з квантових обчислень та моделювання: знання квантових венн^в (одно-, дво- та багатокубiтних); умшня розрiзняти та застосовувати однокубпн венл^ (перетворення Паул^ вентиль Адамара, фазовi зсуви); умшня виконувати операцп за допомогою багатокубпших вентилiв.

6. Алгоритм квантово' телепортацм. Реалiзацiя алгоритму квантово' телепортацм за допомогою графiчного середовища (1 година)

Компетентност'1 з ф':зичних основ квантових технологш: умшня математично описувати квантову телепортацю Компетентност'1 з апаратного забезпечення квантових комп'ютер':в i датчик':в: знання апаратних платформ для квантових обчислень, способiв !х штеграцп з класичним обладнанням; умiння виконувати налаштування вiддаленого доступу до квантових комп'ютерiв; умiння виконувати квантовi програми на квантових комп'ютерах._

7. Основи програмування (1 година)

Практичнi навички та загальн': компетентност'г. знання основ класичного (неквантового) програмування: мов програмування, алгоритмiв, клаав складносп, криптографп; знання галузей застосування квантових технологш; умшня реалiзовувати базовi класичнi алгоритми (зокрема, криптографiчнi) мовами програмування.

8. Програмування квантових алгоритмiв. Реалiзацiя алгоритму квантово' телепортацГ'' у середовищi програмування (1 година)

Компетентност'1 з апаратного забезпечення квантових комп'ютер':в i датчик':в: знання апаратних платформ для квантових обчислень, способiв !х штеграцп з класичним обладнанням; умшня виконувати налаштування вщдаленого доступу до квантових комп'ютерiв; умшня виконувати кваж^ програми на квантових комп'ютерах. Компетентност'1 з квантових обчислень та моделювання: знання мов квантового програмування, засобiв розробки квантового програмного забезпечення та платформ (зокрема, графiчних)._

9. Квантовi вентилi Тоффолi та Фредкша (1 година)

Компетентност'1 з апаратного забезпечення квантових комп'ютер':в i датчик':в: знання апаратних платформ для квантових обчислень, способiв !х штеграцп з класичним обладнанням; умшня виконувати налаштування вщдаленого доступу до квантових комп'ютерiв; умшня виконувати кванод програми на квантових комп'ютерах. Компетентност'1 з квантових обчислень та моделювання: знання мов квантового програмування, засобiв розробки квантового програмного забезпечення та платформ (зокрема, графiчних); умшня виконувати операцп за допомогою багатокубпших венп^в ^ОТ, венл^ Тоффолi та Фредкша).

10. Квантова комушкащя. Квантова криптографiя (1 година)

Компетентност'1 з квантово: комушкац::': знання квантово! криптографп (квантового розподту ключа, безпечно! автентифтацп, цифрових пщпиав, галузей застосування); знання про кван^ мережi (квантовий 1нтернет, сенсорнi та годинниковi мережО; знання iнфраструктури та обладнання квантового зв'язку (волоконно-оптичн системи, бездротовий зв'язок, супутниковi системи; квантовi генератори випадкових чисел; квантова пам'ять, штерфейси, комутатори; повторювачi, кiнцевi вузли); умiння описувати принципи роботи та будову обладнання квантових мереж; умшня наводити приклади застосування квантово! криптографп у рiзних галузях.

Компетентност': зi забезпечувальних технологш: знання оптичних технологш; знання лабораторних технологш; знання експериментального управлшня; умшня розрiзняти джерела фотоыв.

11. Алгоритм Бернштейна-Вазiранi. 12. Алгоритм Дойча-Йожи. 13. Алгоритм Гровера. 14. Алгоритм Шора. 15-16. Бiблiотеки квантових алгоритмiв (6 годин)

Компетентност': з апаратного забезпечення квантових комп'ютер':в i датчик':в: знання апаратних платформ для квантових обчислень, способiв !х штеграцп з класичним обладнанням; умшня виконувати налаштування вщдаленого доступу до квантових комп'ютерiв; умшня виконувати квантовi програми на квантових комп'ютерах. Компетентност': з квантових обчислень та моделювання: знання мов квантового програмування, засобiв розробки квантового програмного забезпечення та платформ (зокрема, графiчних); знання базових квантових алгоритмiв; умшня

Тема уроку та компетентности що будуть сформованi/удосконаленi

застосовувати KBaHTOBi BeHT^ni для запису квантових алгорт^в; здатысть послуговуватись мовами та засобами

квантового програмування._

17. Пщсумковий урок (1 година)_

ВИСНОВКИ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ПОДАЛЬШОГО ДОСЛ1ДЖЕННЯ

Грунтуючись на фундаментальних iдеях компетентнiсного пiдходу у навчаннi, а також взявши за основу структуру

та змкт бвропейсько' рамки компетентностей у галузi квантових технолопй, визначено складовi компетентностей з основ

квантово''' iнформатики для учыв лiцеíв.

Напрямом подальшого дослiдження слщ визначити удосконалення методичних матерiалiв факультативного курсу

«Основи квантово' шформатики» для учыв лще'в.

Список використаних джерел

1. Future shocks: 17 technology predictions for 2025. World Economic Forum. URL: https://www.weforum.org/agenda/2020/06/17-predictions-for-our-world-in-2025 (дата звернення: 30.09.2021).

2. Home | National Q-12 Education Partnership. Q2WORK : веб-сайт. URL: https://q12education.org/about (дата звернення: 27.09.2021).

3. Key Concepts for Future QIS Learners 5-20. URL: https://files.webservices.illinois.edu/9156/keyconceptsforfutureqislearners5-20.pdf (дата звернення: 30.09.2021).

4. Quantum Technology Competence Framework for QT 1.0. URL: https://qt.eu/app/uploads/2019/02/Competence_Framework_for_QT_1.0_May2021.pdf (дата звернення: 30.09.2021).

5. Про деяк питання державних стандар^в повно' загально'' середньо' освп^и : Постанова Кабшету Мiнiстрiв Укра'ни; Стандарт, Вимоги вщ 30.09.2020 № 898 // База даних «Законодавство Укра'ни» / Верховна Рада Укра'ни. URL: https://zakon.rada.gov.ua/go/898-2020-%D0%BF (дата звернення: 30.09.2021).

6. Про Нацюнальну стратепю розвитку освiти в Укра'ы на перiод до 2021 року : Указ Президента Укра'ни; Стратепя вiд 25.06.2013 № 344/2013 // База даних «Законодавство Укра'ни» / Верховна Рада Укра'ни. URL: https://zakon.rada.gov.ua/go/344/2013 (дата звернення: 30.09.2021).

References

1. Future shocks: 17 technology predictions for 2025. World Economic Forum. Retrieved from: https://www.weforum.org/agenda/2020/06/17-predictions-for-our-world-in-2025

2. About. Home | National Q-12 Education Partnership | UIUC. Retrieved from: https://q12education.org/about.

3. Key Concepts for Future QIS Learners 5-20. Retrieved from: https://files.webservices.illinois.edu/9156/keyconceptsforfutureqislearners5-20.pdf.

4. Quantum Technology Competence Framework for QT 1.0. Retrieved from: https://qt.eu/app/uploads/2019/02/Competence_Framework_for_QT_1.0_May2021.pdf

5. Postanova Kabinetu Ministriv Ukrainy [Resolution of the Cabinet of Ministers of Ukraine]. Retrieved from: https://zakon.rada.gov.ua/go/898-2020-%D0%BF.

6. Ukaz Prezydenta Ukrainy [Decree of the President of Ukraine]. Pro Natsionalnu stratehiiu rozvytku osvity v Ukraini na period do 2021 roku; Stratehiia vid 25.06.2013 № 344/2013 // Baza danykh «Zakonodavstvo Ukrainy» / Verkhovna Rada Ukrainy. Retrieved from: https://zakon.rada.gov.ua/go/344/2013.

STRUCTURE AND CONTENT OF COMPETENCES ON THE BASKS OF QUANTUM INFORMATICS OF PUPILS FROM LYCEUMS

Liudmyla Lehka

Kryvyi Rih State Pedagogical University, Ukraine

Abstract. The results of the expert survey about identifying the components of competences on the basics of quantum informatics of pupils from lyceums are presented in the article.

Formulation of the problem. The rapid development and promise of quantum technologies in the world are obvious prerequisites of the another transforming of the informatics education content in the Ukrainian general secondary education establishments, as well as clarification of the results of its mastery, there are the components of information and communication (digital) competence. In May 2021, The QTEdu consortium released the first version of the European Competence Framework for Quantum Technologies, components of which are the basis for identifying of the relevant competences for students, in particular full secondary education, as well as for the implementation and realization of educational and scientific projects in the quantum technologies.

Materials and methods. To obtain the results of the study, an empirical method was used (a survey in the form of a semi-open questionnaire, where along with the answer options presented, could be expressed own meaningful comments-recommendations) and a statistical analysis of the results of the survey was done (range to identify the significance of the competencies components).

Results. The conducted expert survey, which was attended mainly by teachers and lecturers, has provided answers and recommendations for the final identification of the content of competencies in quantum informatics of pupils from lyceums: competencies on the physical basics of quantum technologies; competencies on the mathematical foundations of quantum computer science; competencies on enabling technologies; competence in hardware of quantum computers and sensors; competence in quantum computing and modeling; competence in quantum sensors and metrology; competences in quantum communication; practical and soft skills.

Conclusions. The determined structure and content of competencies on the basics of quantum computer science for pupils from lyceums were allowed to clarify the content of the relevant optional course.

Key words: quantum technologies, quantum informatics, competence approach, competences on the basics of quantum informatics.

This work is licensed under Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.