5 місяців, 4 студенти та 1 наукова стаття: як ми запустили дослідницьку програму з квантового програмування

Я Христина Гнатенко, професорка кафедри теоретичної фізики імені професора Івана Вакарчука Львівського національного університету імені Івана Франка, член-кореспондентка НАН України та R&D Lead Quantum Computing у SoftServe. У грудні 2025 року ми запустили спільну дослідницьку програму SoftServe та ЛНУ Франка для студентів фізичного факультету. П’ять місяців, четверо студентів, багато захоплення дослідженнями і наукова стаття, яку вже опубліковано у препринтах arXiv. Розповідаю, як це було.

Як з’явилася ідея

Бакалаврська та магістерська освітні програми «Квантові комп’ютери та квантове програмування» існують у Львівському університеті вже шість років — їх запустили спільно з SoftServe. З 2022 року колеги з R&D щороку читали студентам лекції та проводили воркшопи з квантових обчислень. Насамперед ці заходи мали освітню мету: студенти вивчали квантові алгоритми, знайомилися із сучасними напрямами розвитку квантових технологій та аналізували можливі практичні застосування відомих квантових алгоритмів.

З часом стало зрозуміло: студенти на старших курсах готові до чогось складнішого. Тому ідея додати до програми дослідницьку складову була логічним кроком.

Підготовка зайняла час. Спочатку — формування задач, які були б актуальними для компанії, мали наукову новизну і водночас були реалістичними для виконання студентами у стислі терміни. Потім — укладання договору про науково-технічне дослідження між SoftServe та Львівським університетом. Хочу подякувати своїм колегам із SoftServe Володимиру Карпіву, Дамиру Гадієву, Максиму Дручку, Олі Долі, Святославу Пиху та всім, хто доклав зусиль, щоб це відбулося.

Програма була орієнтована на розв’язання конкретної наукової задачі з реальними дедлайнами і вимогами до якості — як у справжньому R&D-проєкті. Студенти пройшли більшість етапів: від теоретичного розв’язання задач і квантового програмування до аналізу результатів та оформлення їх у вигляді наукової публікації. Такий формат роботи дав можливість здобувачам освіти отримати не лише ґрунтовні знання у сфері квантових обчислень, а й практичний досвід проведення наукового дослідження.

Що ми досліджували

Якщо дуже коротко: квантове програмування принципово відрізняється від класичного. Для обчислень на квантових комп’ютерах використовуються властивості світу на дуже малих масштабах, мова йде про властивості елементарних частинок, атомів та їх систем. Зокрема, важливими ресурсами є суперпозиція квантових станів та квантова заплутаність.

Ми зосередилися на заплутаності дво- та багатокубітних станів, отриманих за допомогою варіаційних квантових протоколів (вони складаються з шарів одно- та двокубітних операторів із різними параметрами, що повторюються). Такі дослідження важливі для розвитку квантового машинного навчання (Quantum ML) та розв’язання складних оптимізаційних задач.

Що це дало на практиці? Ми отримали нові теоретичні знання про те, як саме заплутаність квантових станів залежить від параметрів варіаційних протоколів. Отримані результати мають як фундаментальну, так і практичну цінність: вони допоможуть у майбутньому розробляти нові квантові алгоритми та вдосконалювати вже наявні. Усі наші напрацювання та детальні викладки ми вже оформили у повноцінну наукову статтю та опублікували її у препринтах на arXiv, тож вони відкриті для верифікації та використання світовою науковою спільнотою. Статтю відправили на розгляд для публікації в науковому журналі.

Люди, які мене здивували

У проєкті брали участь талановиті студенти зі щирим прагненням до знань та постійного розвитку. Відбір учасників був проведений серед студентів четвертого курсу бакалаврської освітньої програми «Квантові комп’ютери та квантове програмування». Основний критерій — результати навчання, зокрема оцінки з фізичних дисциплін. Важливо, що критерії відбору обговорювалися зі студентами відкрито — це дозволило уникнути непорозумінь і забезпечити довіру до процесу. Група сильна, тому вибір був непростим.

У проєкті взяли участь четверо студентів: Роман Греділь, Валерія Пінчук, Марія Сеняк та Юлія Шевчук. Перед ними була поставлена задача з квантової інформації — дослідити заплутаність квантових станів аналітично та за допомогою квантового програмування.

У роботі зі студентами я традиційно дотримуюся підходу поступового переходу від простіших завдань до складніших з великою увагою на застосуванні різних методів верифікації отриманих рішень. Він дозволяє досягнути самостійності у проведенні досліджень та отримати достовірні результати. Спочатку всі четверо молодих вчених незалежно виконували аналітичні обчислення заплутаності. Кожен обрав власний метод. Те, що всі отримали однаковий вираз різними шляхами, стало одним із підтверджень правильності обчислень. Далі задачі були розподілені між студентами: безпосередньо квантові обчислення, чисельний аналіз, візуалізація та робота над статтею.

Найбільше мене вразила наполегливість студентів і невтомне бажання отримувати все більше нових результатів. Наприклад, Роман постійно шукав, як уникнути громіздких обчислень і отримати результат простіше та прозоріше.

Марія, Валерія і Юлія, крім глибокого технічного та наукового аналізу, підійшли до роботи ще й творчо. Якщо традиційними інструментами фізика-теоретика зазвичай є папір і ручка, то дівчата оформлювали свої напрацювання на планшеті, використовуючи різноманітні кольори, стилі написання та візуальні акценти. Традиційний інструментарій вони перетворили на щось, що одночасно є науковим результатом і, на мою думку, можна розглядати як мистецтво.

Мене неймовірно порадувало, що навіть виконавши величезний обсяг роботи, студенти не зупинялися, хотіли отримати більше результатів — розглядати найзагальніші випадки, проводити аналіз отриманих залежностей, перевіряти нові гіпотези. Саме так і має виглядати справжня дослідницька робота. Хоча поєднувати такий інтенсив із навчальним процесом в університеті для них було викликом.

Співпраця бізнесу й освіти: чому це win-win

Такі ініціативи створюють абсолютно нову якість взаємодії між IT-спільнотою та університетами:

• Для студентів — це унікальна можливість долучитися до реального наукового R&D ще під час навчання, а не після випуску, а також отримати фінансову підтримку від компанії для своїх досліджень.
• Для компанії — можливість працювати з талантами, які вже розуміють специфіку глибоких технологій, і формувати майбутню команду.
• Для університету — спосіб поєднати академічні знання базу з реальними запитами індустрії та залучити фінансування.

І ще один важливий момент: ця програма не була «проєктом у вакуумі». Вона стала частиною ширшої дослідницької програми R&D у SoftServe у галузі квантового машинного навчання. Тож робота студентів — це реальний і ціннісний внесок у розвиток технологій майбутнього.