«Цифровая физика» – уникальная образовательная программа и залог профессионального успеха выпускников

Константин Валентинович Нефедев, доктор физико-математических наук, профессор, директор департамента теоретической физики и интеллектуальных технологий, руководитель ведущей научной школы по теоретической физике, рассказывает о том, какие возможности и перспективы в науке и технологиях открывает своим выпускникам новая уникальная образовательная программа «Цифровая физика».

– Константин Валентинович, проясните, пожалуйста, термин «Цифровая физика» – чему здесь учат студентов?

– Наверное, большинству из нас более привычно и понятно выражение «Теоретическая физика». Физика – это, конечно же, наука о природе. Но обычно люди под природой понимают неживые объекты, неодушевленные тела, и именно такую физику мы учили в школе. Эта наука дала очень много полезного человечеству. И, вроде бы, для описания видимого, привычного человеческому глазу мира, этих знаний достаточно. Но дело в том, что «очевидный» мир уже неплохо изучен и освоен, а современная теоретическая физика постигает тайны природы на совершенно другом – нано- или хотя бы микро – уровне, или уровне макрокосмоса. Теоретическая физика требует инструментов совершенно нового класса, которые должны рассчитать механику очень большого множества тел с учетом всех возможных свойств, при этом еще и учесть взаимодействия между телами. Физику-исследователю приходится работать с большим количеством неизвестных в условиях неопределенности. Учитывая дискретную природу объектов, к сожалению, эта задача становится непосильной для существующих математических методов, поскольку в большинстве своем они предназначены для расчета свойств сплошных сред. Но эта задача как раз для цифровой – «теоретической» – физики: мы работаем с неизвестными ранее человечеству свойствами материи!

Скажете, что теоретическая наука далека от практики и ее выгода неочевидна? Это не так, потому что именно получение нового знания и новых результатов всегда дает толчок к развитию новых технологий и выходу из кризиса – экономического, прежде всего. Конечно, это происходит не сразу, а спустя десятки или даже сотни лет. Но все технологии, без которых мы не представляем сегодняшнюю жизнь, выросли из открытий, которые сделали физики – электричество, радио, сотовая связь, смартфоны и плазменные экраны, МРТ и томография… Ну, кто сейчас рискнет сказать, что физика, как фундаментальная наука, – невыгодна для России, когда все только и говорят об импортозамещении?

И возвращаясь к вопросу «Чему здесь учат студентов» – помимо серьезной подготовки в области физики, наши студенты получают большой объем знаний и навыков по компьютерным технологиям: программирование на самом высоком уровне, построение алгоритмов, работа с современным вычислительным оборудованием. Студенты изучают большие блоки дисциплин, связанные с физикой, информатикой, проходят физические практикумы, осваивают программирование на различных современных языках и архитектуру компьютерных систем, предполагающих возможность параллельной алгоритмизации и реализации многопоточного кодирования. А также мы с начальных курсов привлекаем молодежь к участию в научных исследованиях.

– Получается, что выпускникам профиля «Цифровая физика» прямая дорога в ученые-теоретики?

– Я скажу слова, которые, возможно, вас шокируют, потом поясню. Наши выпускники способны работать там, где им захочется – в любых, даже самых передовых компаниях, которые у всех на слуху. Чтобы быть успешным, необходимо быть умным, прилежным, много учиться, развивать свои способности, с первого курса бакалавриата следить за тем, на что тратится ваше время жизни, включаться в работу научных групп, работать над подготовкой публикаций.

Практически у каждого талантливого студента есть реальный шанс стать ученым с очень высокой квалификацией и работать в самых передовых научных центрах нашей цивилизации. Уровень наших выпускников оценивает не местный и даже не российский, а международный работодатель, мировой рынок труда. Эти высокие оценки выпускников нам давались нам не просто и не сразу. Всегда есть над чем работать, но востребованность выпускников-физиков, их трудоустройство в лучшие университеты мира (как Кембридж), или ведущие компании России (как Яндекс), международные транснациональные корпорации – это наши действительные достижения, и мы по праву можем гордимся своими учениками.

В 2022 году Совет при Президенте РФ выдал свидетельство о том, что наша научная школа является ведущей в Российской Федерации. Ведущих научных школ в России много, но то, что ведущей признана школа теоретической физики ДВФУ – это наше достижение, и Дальний Восток может этим гордится.

Почему наша научная школа по теоретической физике – ведущая? Да потому что мы помогаем детям раскрыть свои таланты! Помогаем овладеть самыми современными инструментами, прорывными информационными технологиями, которые сегодня используются, как в статистической физике, так и в обработке больших данных (Big Data), начиная от физики, заканчивая экономикой.

И уже через несколько лет они видят, что с помощью этих инструментов в получении новых теоретических данных очень быстро становятся способными конкурировать с мировыми научными лидерами. В ходе обучения молодые люди начинают себя ощущать с известными учеными на равных, видят свое место в рамках мирового научного тренда, и понимают, что для них мир – без границ.

Статьи наших студентов – бакалавров, магистрантов и аспирантов – бесплатно публикуют ведущие мировые журналы по теоретической физике. Научный журнал – это прежде всего система экспертизы результатов. И наши результаты проходят самую высокую экспертизу. Это признание мировым научным сообществом наших достижений и наших научных прорывов. Именно поэтому Президент и присвоил нашей научной школе по теоретической физике звание ведущей. Мы работаем в области физики конденсированного состояния, с дискретными моделями магнитных наноматериалов – а это возможно электроника будущего, как приложение, которого так жаждет общество и технологии. Все, кто покупает новую электронику, инвестируют в том числе и в наши направления исследований. То есть, когда кто-то покупает смартфон, умные часы, ноутбук или другой гаджет, он платит и за то, чтобы существовала наша научная группа.

Но гораздо большую значимость и большее влияние на науку имеет все-таки разработка новых алгоритмов для фундаментального исследования дискретных моделей. Любой прорыв в науках всегда связан с изобретением нового инструмента. Мы изобретаем новые инструменты в теоретической физике, не потому что этого хотим для развлечения, просто их у нас нет в распоряжении. Мы подаем заявки на гранты, выигрываем их, увеличиваем финансирование наших исследований, и те студенты, которые готовы в этом участвовать, могут прямо с первого курса присоединяться к научным группам, места есть.

Рабочие места для физиков-теоретиков есть и в институтах Дальневосточного отделения Российской академии наук. Это наш основной партнер и работодатель для наших выпускников. Более того – в 2026 году на острове Русском заработает уникальная научная установка синхротрон «РИФ», «Русский источник фотонов». Это большой научный проект действительно мирового уровня! На Дальнем Востоке просто никогда не было ничего подобного, поэтому нам пока трудно оценить масштаб. Для работы на оборудовании класса «мегасайенс» нужны не только ученые-теоретики, которые собственно будут заниматься большой наукой, но и инженеры, эксплуатационщики, программисты, те, кто будет его обслуживать, работать с приборами и т.д. «Русский источник фотонов (РИФ) – это прежде всего, источник больших данных в экзабайтах, или даже зеттабайтах. Поэтому сотрудникам необходимо иметь не только фундаментальное образование в области физики, но, что важнее – одновременно и в области информатики, математики, программирования. В последние годы на образовательные программы по физике государство существенно увеличило количество бюджетных мест. На образовательной программе (профиле бакалавриата) «Цифровая физика» – 20. Все наши выпускники могут рассчитывать на рабочие места в высокотехнологичной сфере

– Как вы заметили, наука – это для самых талантливых, настойчивых, работоспособных. А где еще могут работать ваши выпускники? Какое будущее у того, кто не видит себя в науке или образовании?

– Где угодно! Наше преимущество в том, что физик может решать сложные задачи в любой области. Мы живем в дискретном мире – а значит, не можем точно просчитать и предсказать, что будет через 5-10 лет, какие появятся технологии и какая социально-экономическая ситуация сложится в мире. Вдобавок технологии меняются каждые 3 года в соответствии с законом Мура.

Если мы будем учить студента даже самым современным технологиям, то через несколько лет ему придется переучиваться и осваивать новые технологии, – и так по замкнутому кругу. Поэтому мы стремимся дать нашим студентам хорошую фундаментальную подготовку, чтобы выпускник смог без проблем понять, как работает любая технология, еще неизвестная сегодня, и решать любые сложные задачи в реальном секторе экономики. В ходе обучения на основной образовательной программе высшего образования 03.03.02 «Физика» профиль «Цифровая физика» выпускник получит хорошие компетенции по программированию и будет востребован на любых предприятиях реального сектора экономики, в том числе и самого перспективного – IT, сферы информационных технологий. Почему? Потому что он будет уметь писать параллельные алгоритмы MPI C++, многопоточные алгоритмы CUDA, разрабатывать прикладные пакеты программ, уметь работать с большими массивами данных – а это самые на сегодня актуальные технологии Big Data, Machine Learning, искусственный интеллект и нейросети.

Банковский сектор? И здесь есть работа для выпускника программы «Цифровая физика» – от вопросов информационной безопасности и работы с программным обеспечением до финансовой аналитики. Реальное производство? Здесь тоже нужны специалисты, владеющие современными вычислительными инструментами и умеющие решать сложные задачи.

Возьмите любую сферу человеческой деятельности, любую отрасль экономики – и вы увидите, что продвинутый бизнес использует правильные рыночные дискретные модели, для обработки которых нужны продвинутые высокопроизводительные информационные технологии, и конечно же, этот высокотехнологичный бизнес возглавляют прежде всего люди с аналитическим складом ума.

– Убедили, Константин Валентинович, что быть физиком – это интересно и перспективно. Но какая подготовка, знания и навыки должны быть у школьника, чтобы он смог успешно учиться на вашей образовательной программе?

– Прежде всего, нужно хорошо знать физику, математику и информатику – это фундамент. Должен сказать, что для этого в любом случае нужны дополнительные занятия. Можно нанять репетитора, можно ходить на занятия по подготовке к олимпиадам и решать олимпиадные задачи, можно дополнительно учиться в онлайн-школах, можно приезжать в ДВФУ в университетскую школу. Это могут быть также, например, заочные физико-математические школы – как я учился в ЗФТШ при МФТИ, и мой сын тоже там учился. Но это могут быть и различные занятия для школьников, которые проводит ДВФУ – это и проект ДНК (Дом научной коллаборации), занятия в технологических классах, школы на каникулах… Но заниматься нужно регулярно!

Скажу несколько неожиданную вещь – в образовании неважно, сколько времени ты уделяешь предмету, важна регулярность, именно от этого зависит результат. Можно ли научиться водить автомобиль за 48 часов? Можно, если ездить по полчаса каждый день в течении 96 дней! Вот и с физикой так. Но я бы рекомендовал все-таки приходить на занятия, которые для школьников проводит ДВФУ, – это реальный шанс побывать в настоящих лабораториях, познакомиться с молодыми увлеченными учеными-физиками и под их руководством научиться работать с приборами. Такой возможности вам не даст ни одна онлайн-школа. Лучше прийти и на своем опыте убедиться, что цифровая физика – это доступно и интересно.