Школа перспективных технологий

Греческое “τεχνη” (технэ), означающее «мастерство», «умение», в словосочетании «технология» сейчас приобрело значение стратегического признака развития. При этом имеются в виду, конечно, не традиционные, а «высокие» технологии. Для их разработки требуются уже не стандартные навыки инженера или прикладного математика, но гораздо более широкий кругозор, а также существенно более глубокий уровень математической и компьютерной подготовки, позволяющие эффективно анализировать не только непосредственный набор данных, но также скрытые истоки и структурные первопричины сложных явлений и процессов.  Здесь требуется переход с уровня “know how”  на уровень “get why”,  переход к мышлению не через одну только логику, но и через ассоциации. Этому соответствует греческое “επιτευχθει” (епитефчзеи), или кратко “επι” ,  означающее «постижение».

Школа перспективных технологий “επι”  имеет целью ознакомление студентов младших курсов бакалавриата с новыми методами математического и компьютерного моделирования, которые не входят в начальные образовательные программы, но имеют существенное значение для развития кругозора и общей научной культуры с точки зрения дальнейших приложений в разработке перспективных технологий.

Помимо этого, на занятиях клуба будет уделяться внимание общим вопросам философии, темам культуры и искусства. 

Расписание занятий и аннотации лекций приведены здесь.  Начать посещать занятия можно в любой момент с января по октябрь. Желающие, в том числе, из других университетов и других городов, пожалуйста, зарегистрируйтесь здесь. Ваши вопросы отправляйте по адресам: mkarasev@hse.ru, rgaydukov@hse.ru .

По окончании Школы выдается сертификат. Кроме того, участие в работе Школы может быть зачтено в рамках профориентационного семинара на 1-ом курсе ДПМ МИЭМ, а также поможет в выборе студентами тем МКР и ВКР после 2-ого и 3-его курсов бакалавриата.

Уровень лекций на Школе, с одной стороны, предполагает полную элементарность и популярность, а с другой стороны, на лекциях ставятся задачи и проблемы,  работа над которыми (под руководством лекторов и членов их команд) выводит на полноценное научное исследование с публикациями в международных журналах.

Школа принадлежит научному кластеру магистерской программы «Математические методы моделирования и компьютерные технологии». В составе этого кластера – еще две лаборатории:  Международная суперкомпьютерная лаборатория ВШЭ, а также научно-исследовательская лаборатория «Математические методы естествознания» ЦФИ ВШЭ.  

Список избранных лекций

В.А. Душский 

Лекция 1: Российская история в неожиданном ракурсе
Лекция 2: Послушаем Бетховена

Рассказывается, как события полутора веков русской истории, с середины 18-го века по конец 19-го, преломились в истории рода графов Разумовских (Перовских), с которым такие фигуры мировой культуры, как Л. Эйлер, И. В. Гете, Л. Бетховен, так или иначе, были связаны (одним из покровителей Бетховена был Ан. К. Разумовский - ему, в частности, посвящена знаменитая 5-я симфония композитора), а другие, как А. К. Толстой и Софья Перовская, сами сыграли важную роль в истории России.

В.Л. Попов

Можно ли причесать ежа?

Мы обсудим общие идеи, связывающие этот вопрос с картами на поверхностях и с основной теоремой алгебры.

М.В. Карасев

"Количество бывает двояким: муттасыль и мунфасыль (соединенное и раздельное)"
Авиценна

Единство геометрии, алгебры, механики и информатики

Информатика, обычно, ассоциируется с дискретностью  –  в противовес механике, которая ассоциируется с непрерывным движением. Однако, это - лишь первичное, поверхностное представление. Скажем, современные методы кодирования информации используют объекты алгебраической геометрии, где дискретное и непрерывное очень тесно переплетены. Или, другой пример, новейшие суперкомпьютерные технологии -  развиваются в направлении усложнения топологии и геометрии вычислительной и коммуникационной среды, да и сама среда, из-за сверхплотной упаковки, должна рассматриваться уже как почти-непрерывная, волновая. Даже самая фундаментальная и таинственная информационная структура -  генный код - порождается именно механическими (точнее, мезомеханическими, молекулярными) системами. Еще одним ярким проявлением диалектики дискретного и непрерывного служит информатика, основанная на принципах квантовой механики.  Будущее информационных и цифровых технологий, безусловно, ожидает прорывы, связанные с применением новых математических методов описания непрерывного (или почти непрерывного) движения.   

В цикле лекций обсуждаются методы описания эволюции систем с помощью матриц, а также объясняется как механика порождает матрицы. Показано как меняется модель движения в случае объектов со сложной внутренней структурой, как возникает общее алгебраическое описание движения, как оно приводит к идеям квантовой механики. На элементарном уровне объясняется как геометрия связана с некоммутативными алгебрами и квантованием, как математически  возникает квантовая телепортация и квантовая информатика.

А.С. Холево  

Что такое квантовая информатика

Квантовая информатика – новая научная дисциплина, которая изучает общие закономерности передачи, хранения и преобразования информации в системах, подчиняющихся законам квантовой механики. Появление идей квантовой криптографии и квантового компьютинга позволяет говорить не только об ограничениях, но и о новых возможностях, заключенных в использовании специфически-квантовых ресурсов, таких как сцепленность (запутанность) квантовых состояний, квантовый параллелизм, дополнительность между измерением и возмущением, невозможность клонирования квантовой информации. 

Ю.Е. Лозовик 

Компьютерная революция и квантовые технологии - история и перспективы

Будет кратко и популярно освещена  история развития  компьютеров с точки зрения физики, основные тенденции, современная ситуация, проблемы и перспективы. В связи с бурным прогрессом квантовых технологий  обсудим современные успехи в реализации компьютеров на основе сверхпроводящих кубитов и возникающие проблемы.

М.В. Тамм

Геометрия упаковки генома в клеточном ядре

В лекции будет рассказано о новых экспериментальных методах, позволяющих биологам получать информацию о том, как геометрически уложены хромосомы в ядре живой клетки, и о проблемах, возникающих при интерпретации этих данных. Хромосома - длинная полимерная гибкая нить, состоящая из ДНК и "налипших" на нее белков. Картина упаковки хромосом, видная из эксперимента, существенно отличается от представлений стандартной физики и требует привлечения новых идей, о чем также будет говориться в лекции.

В.А. Аветисов

Молекулярные машины

В 2016 году Жан-Пьер Соваж (Jean-Pierre Sauvage, University of Strasbourg, France), Фрейзер Стоддарт (J. Fraser Stoddart, Northwestern University, Evanston, USA.) и Бернард Феринга (Bernard L. Feringa, University of Groningen, the Netherlands) были удостоены Нобелевской премии по химии за "дизайн и синтез молекулярных машин". Как пояснил Нобелевский Комитет, молекулярная машина есть “an assembly of a distinct number of molecular components that are designed to perform machinelike movements (output) as a result of an appropriate external stimulation (input)”.

Конечно, катенаны (catenane) Соважа, ротаксаны (rotaxane) Стоддарта и молекулярный ротор (molecular rotor) Феринги - это впечатляющие примеры молекулярного изобретательства. И все же, признавая мастерство Нобелевских лауреатов, научное сообщество сошлось на том, что о прорыве к "молекулярному роботостроению" говорить пока рано. Впрочем, Нобелевский комитет и сам отметил, что "молекулярный мотор находится на той же стадии развития, на какой электрический мотор был в 1830 году, когда ученые демонстрировали различные вращающиеся рукоятки и колеса, не подозревая, что они могли бы привести к стиральным машинам, вентиляторам и кухонным комбайнам". Выделяя работы Соважа, Стоддарта и Феринги, Нобелевский Комитет посчитал важным уже сейчас подчеркнуть цивилизационную значимость этого направления развития науки и технологий.

В предлагаемой лекции мы обратимся к понятию "machinelike movements" (машино-подобное движение), что по мнению Нобелевского комитета есть главное для "молекулярной машины", хотя его содержательный смысл для молекулярных структур размером, скажем, в 20 ангстрем, честно говоря, весьма неопределенный. Мне представляется интересным поговорить о этом - о том, каким физическим смыслом можно было бы наделить понятие "молекулярная машина" и с какими физическими проблемами сопряжено их конструирование.

А.А. Соколик

Статистика систем: от распределения Больцмана до квантовой термодинамики

Лекция направлена на общее ознакомление с современными методами и проблемами исследования статистических ансамблей. Будут рассмотрены такие важные понятия как эргодичность, энтропия. Будет дан обзор стохастической и квантовой термодинамики - современных, стремительно развивающихся наук, анализирующих то, как именно законы термодинамики возникают из законов механики, и как эти законы видоизменяются в случае мезо (т.е. не очень больших) систем, например, квантовых тепловых машин.

О.В. Вальба

Лекция 1. Сложные системы и сети (networks)

Многие сложные системы могут быть представлены в виде сети.  Узлы в такой сети представляют собой элементы этих сложных систем, а связи между узлами – взаимодействия между элементами. Транспортные сети, социальные сети, структура нейронных связей в мозге (коннектом) – лишь немногие примеры таких систем. Какие характеристики сетей могут быть вычислены, и что из этого можно извлечь для выявления скрытых свойств исходных систем? Каким универсальным законам подчиняются свойства сложных систем и можно ли их смоделировать случайными сетями? Эти и многие другие вопросы будут затронуты в лекции.  

Лекция 2. Анализ данных (data analysis)

Анализ данных включает использование различных математических методов и вычислительных алгоритмов для выявления закономерностей и полезной информации из данных.  На лекции будут представлены исследования, включающие анализ данных и методы машинного обучения.

Г.Э. Норман

Атомистический и многомасштабный взгляд на мир как мировоззрение и метод исследований

Эпиграфом могут служить слова Фейнмана: «Самой плодотворной мыслью, сильнее всего стимулирующей прогресс в биологии, является, по-видимому, предположение о том, что все, что делают животные, это делают атомы, что в живой природе все - результат каких-то физических и химических процессов, а сверх этого ничего нет». Выдающийся вклад в атомистическую концепцию внёс Лаплас; поучителен его знаменитый диалог с Наполеоном (Наполеон: «Вы написали такую огромную книгу о системе мира и ни разу не упомянули о его Творце!»,  Лаплас: «Сир, я не нуждался в этой гипотезе»). Идеи детерминизма разделяли выдающиеся учёные, в частности, Пуанкаре и Эйнштейн.

В лекции рассматриваются атомистические представления в науке ХХI века, развивающие достижения второй половины XX века. Центральными здесь являются попытки построения иерархии наук, предпринятые Фейнманом, Медаваром, Лоренцем и Поппером и исходящие из посылки, что при исследовании любых проблем природы, общества, человеческой культуры и человеческого духа нужно пользоваться методами естествознания. Это созвучно взглядам Планка, что существует непрерывная цепь от физики и химии через биологию и антропологию к социальным наукам. В основе иерархии лежит первая ступень основных законов и атомистический подход. Варианты построения последующих ступеней получили в ХХI веке название многомасштабного подхода. При этом каждая ступень включает не только информационное содержание всех ступеней, стоящих в списке ниже ее, но и свои собственные специфические понятия и закономерности, которые вовсе не появляются на более низких уровнях.

Р.Г. Ефремов

Компьютерный микроскоп как инструмент натуралиста наших дней

В лекции рассказывается о том, как современные методы суперкомпьютерного и математического моделирования применяются для изучения биологических объектов - молекул белков, клеточных мембран и т.д. Полученная в вычислительных экспериментах информация о функционировании на атомистическом уровне биомолекулярных систем является основой создания новых лекарств, служит открытию фундаментальных закономерностей, определяющих устройство и поведение живых систем.

В.В. Стегайлов

Суперкомпьютеры и параллельное программирование - передовой фронт расширения познавательных возможностей человека

Суперкомпьютеры – это инженерные системы кластерной структуры, позволяющие решать рекордные по сложности вычислительные задачи и обрабатывать гигантские объемы информации. В лекции будет рассказано о типах суперкомпьютеров, о развитии их элементной базы, о новейших методах параллельного программирования, которые требуются для работы на этих системах. Будут описаны конкретные научные задачи, для решения которых создаются новые суперкомпьютеры.

А.В. Тимофеев 

Российские суперкомпьютерные технологии: конкурентоспособность, проблемы и перспективы

В промышленности, науке, IT-секторе, в задачах обработки больших объёмов данных, машинного обучения сейчас ключевым технологическим инструментом становятся суперкомпьютеры. На лекции будут рассмотрены российские суперкомпьютерные процессоры (Эльбрус, Байкал) и высокоскоростной интерконнект (Ангара), показано их место в общемировом контексте, описаны проблемы их развития и перспективы. Будут сформулированы актуальные задачи, стоящие перед российским и мировым суперкомпьютерным сообществом.

Расписание занятий в 2018 г.