Знание - сила, 2003 № 06 (912)

Квантовый компьютер является по самой своей природе вероятностным, не детерминистским, как классический компьютер. Сам процесс квантовых вычислений — временная эволюция состояний кубитов — описывается уравнением Шредингера, а вывод результата представляет собой физический процесс «измерения».

При этом разработка квантовых алгоритмов опирается на совсем иные математические методы и интуицию, чем разработка классических алгоритмов. Пока же в учебных курсах по информатике квантовую механику не только не рассматривают, но даже и не осознают потенциальной необходимости такого рассмотрения. Однако в любом случае, даже безотносительно к судьбе квантовых компьютеров, уже сама дальнейшая миниатюризация элементной базы классических компьютеров заставит включить в курсы компьютерных специальностей достаточно серьезное изучение квантовой механики, и, на мой взгляд, чем раньше это будет сделано, тем лучше.

Говоря о современном компьютерном образовании во всем мире, я хотел бы отметить, что, на мой взгляд, математика и особенно логика изучаются весьма поверхностно. В мире создаются очень сложные программы и системы, которые требуются для обработки колоссальных массивов данных, интернет-технологий, распределенных вычислений, создания больших программных комплексов управления сложнейшими объектами, моделирования приборов и диспетчеров в авиаперелетах и так далее. Для создателей этих программ главное — надежность. Она всегда основывалась на верном следовании хорошим эмпирическим правилам. Сбой в работе таких программных комплексов — это катастрофа. Как проверить правильность их работы?

С точки зрения современных технологий, для правильной проверки необходимо использовать математическую логику. При отладке, верификации сложнейших программных систем логика И1рает фундаментальную роль. В конце октября прошлого года в Линце проходил конгресс «Логика. Компьютинг. Математика», посвященный юбилею одного из крупнейших современных специалистов во всех трех областях — австрийского ученого Бруно Бухбергера, который неоднократно бывал у нас в Дубне. Там отмечалось возникновение глубокого кризиса: разрабатываются огромные программные комплексы, а при этом у специалистов, занимающихся их отладкой, отсутствуют глубокие знания по математической логике. Именно только логический анализ всей совокупности программ и подпрограмм, знание логики всего хода вычислений позволят реально создать надежный программный продукт. Остальное — эффект опыта. Но если работать на одном опыте, на тестах, тогда вам ничего не будет гарантировано, особенно при постоянном все большем усложнении программного обеспечения.

Безусловно, любая компьютерная специальность изучает логику, но явно недостаточно. И студенты, освоив курс, подчас тут же его забывают. В лучшем случае знают элементы Булевой алгебры. Но саму логику — как математику — не знают. С точки зрения высоких технологий и новой техники, в первую очередь надо изучать физику и математику. Конструктивную математику, которая затем необходима в технике, нужно изучать очень глубоко. Уверен, что технологический уровень заставит весь мир через какое-то время повернуться лицом к математике и физике, как это было в 30-е, 40-е, 50-е, 60-е, 70-е годы.

Сегодня в курсе школьной информатики традиционно дают один из языков программирования, обычно Паскаль. Важно, если школьник хотя бы на одном языке программирования научится писать программы, освоит эту логику. Но не менее важно давать обзор развития информационных технологий или историю развития вычислительной техники в мире, в Советском Союзе, в России — какие машины создавались, какие задачи они решали — это же очень увлекательно. Понятно, что это нужно давать и будущим преподавателям в вузах или привлекать в школы людей из науки.

Отставание образования от реальных потребностей физики и техники хорошо прослеживается на информатике. еще 10 — L5 лет назад в Германии факультеты информатики были, в общем-то, «на заднем плане». Заметно большее внимание уделялось физике, математике, биологии, другим предметам. Были свободные профессорские ставки, высококвалифицированные специалисты предпочитали не преподавать, а идти в промышленность. А потом оказалось, что за последние 5—10 лет спрос на специалистов по информатике возрос очень сильно, и выяснилось, что их не хватает. Стали приглашать специалистов из России, Индии, отовсюду. Сейчас ситуация изменилась, на информатику студенты идут очень охотно. Лет через десять Германия более-менее удовлетворит свои потребности в специалистах в области программирования и информационных технологий. Подобная картина, я думаю, будет наблюдаться и с физикой и математикой. Когда создадут квантовый компьютер, то не будет хватать специалистов, которые способны на нем работать: чтобы просто написать программу, надо знать квантовую механику. Для подготовки новых специалистов нужно будет сначала подготовить преподавателей для них, а на это уйдут годы и годы.

Страна становится лидером, когда продает не сырье, а технологии. Одно интересное наблюдение на эту тему. Япония, одна из самых развитых стран в мире, в 80-х годах взялась за очень амбициозный проект создания вычислительных машин пятого поколения. Предполагалось тратить до 15 процентов валового продукта страны на этот проект. На чем они споткнулись? Япония обладала высочайшими технологиями, но только в создании «железа». У них не было интеллектуального опыта и традиций, они не вкладывали деньги в математическое образование, в создание программного обеспечения. В итоге этот проект Япония не смогла реализовать.

«Железо», микросхемы сегодня не главное. Все более интеллектуальным и дорогим становится программное обеспечение. И здесь очень важно математическое образование, культура, опыт. У японцев есть суперкомпьютеры, но они используют американское программное обеспечение. Америка после войны сразу стала вкладывать деньги именно в разработку программ, в интеллектуальную сферу компьютинга. Они сейчас лидеры. Европейцы в отдельных направлениях тоже. У нас же было много ошибок в советские времена. Была создана мониторная система «Дубна», поколение машин БЭСМ-6 — великолепные машины с собственным программным обеспечением. Потом мы пошли по западному пути, стали адаптировать западные технологии и системы и в итоге отстали и технологически, и в создании программных продуктов. Сегодня у нас есть великолепные, но одиночные программные продукты.

Не понимаю, почему наши реформаторы средней школы стараются идти по пути западных систем образования, не дающих сегодня, как показывает практика, хороших результатов. Не надо этого делать. Кто на последней олимпиаде по программированию, проходившей осенью 2001 года на Гавайях, занял первое место? Китайцы. Они действуют умно, не теряют свои традиции. К счастью для нас всех, реформы школьного образования идут со скрипом. Мы еще сохраняем хотя бы частично тот могучий потенциал, который был заложен в советскую и досоветскую эпоху. До сих пор у нас уровень школьного образования, несомненно, выше, чем в западных странах. Но тенденция идет к его потере.

Наиболее достоверные представления о динамике качества знаний, получаемых выпускниками школ, а также студентами в процессе вузовского обучения, можно получать на основе содержательного анализа достаточно больших массивов письменных работ абитуриентов и учащихся. Результаты исследований, проведенных в некоторых вузах Сибири, показывают, что задачи по математике, которые 25 — 30 лет назад успешно решало на приемных экзаменах подавляющее большинство поступающих, в последние годы оказываются посильными лишь для немногих. Требованиям, которые в 60-е годы предъявлялись на вступительных экзаменах в вузы по русскому языку и литературе, сегодня могут отвечать не более 10 процентов абитуриентов, хотя средний балл, получаемый ими, при том не снижается, а скорее, растет.