W Centrum zajmiemy się badaniami z zakresu kryptografii kwantowej. Mam tu na myśli absolutnie bezpieczne kody kryptograficzne, generatory liczb prawdziwie losowych, przeróżne kwantowe protokoły komunikacyjne oraz prace koncepcyjne dotyczące komputerów kwantowych i ich „bramek logicznych”.
Prof. Marek Żukowski, fizyk kwantowy z UG w rozmowie z Mariuszem Blimelem na łamach czasopisma Nauka i Biznes, z cyklu Mistrzowie Nauki.
Mariusz Blimel: Międzynarodowe Centrum Teorii Technologii Kwantowych to nowy ośrodek naukowy powstający na Uniwersytecie Gdańskim w ramach programu Międzynarodowe Agendy Badawcze, realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej.
Założycielem i dyrektorem oraz liderem jednej z grup naukowych pracującej w jego ramach jest Pan, a współzałożycielem i liderem jednej z grup naukowych jest prof. dr hab. Paweł Horodecki. Jakie zagadnienia będą rozwijane w Międzynarodowym Centrum Teorii Technologii Kwantowych w Gdańsku? Na jakie pytania szukacie odpowiedzi?
Prof. Marek Żukowski: W Centrum zajmiemy się badaniami z zakresu kryptografii kwantowej. Mam tu na myśli absolutnie bezpieczne kody kryptograficzne, generatory liczb prawdziwie losowych, przeróżne kwantowe protokoły komunikacyjne oraz prace koncepcyjne dotyczące komputerów kwantowych i ich „bramek logicznych”. Jeśli chodzi o komputery kwantowe, to ośrodek będzie się zajmował zarówno opracowaniem kwantowego oprogramowania (algorytmów), jak i architekturą sprzętu, czyli systemów fizycznych będących implementacją tych algorytmów. Informatyka kwantowa to młoda dyscyplina, w której ważniejsze jest opracowywanie nowych metod niż doskonalenie metod już stosowanych. Mamy ambitne cele i zamiast szukać potwierdzenia znanych hipotez, nasi uczeni chcą proponować nowe rozwiązania, protokoły i pomysły, opracowywać metody „w locie”, a także łączyć pozornie niezwiązane ze sobą metody z różnych dziedzin, dyscyplin, których nikt dotąd nie łączył.
M.B.: Jakie zakładacie efekty badań prowadzonych w MCTTK i do czego posłużyć mogą wyniki badań?
M.Ż.: Mamy zajmować się teorią technologii kwantowych, jak sam nazwa sugeruje. Będziemy więc kontynuować tradycję fizyków kwantowych, które w Gdańsku są już od lat w tym zakresie. W tym celu będziemy dysponować zaawansowanym laboratorium dotyczącym zjawisk, które mogą być użyte w tak zwanej kwantowej informacji.
Będziemy zajmować się teorią komunikacji kwantowych, czyli przekazywaniem informacji za pomocą informacji kwantowych, ale także będziemy zajmować się samą fizyką kwantową. Mam nadzieję, że zrodzą się z tej działalności badawczo-naukowej patenty i zastosowania prototypowe lub przemysłowe.
M.B.: Czy uważa pan, że technologie kwantowe będą miały różnorodne praktyczne zastosowania?
M.Ż.: Sądzę, że tak. Dzięki mechanice kwantowej możliwe jest konstruowanie urządzeń i protokołów przetwarzania informacji niemożliwych do uzyskania przy pomocy metod klasycznych. Są to, na przykład, niezawodne systemy zapewniające cyberbezpieczeństwo danych (np. kwantowa kryptografia, czyli szyfry nie do złamania), superczułe czujniki kwantowe (możliwe do zastosowania w chemii, biologii i medycynie), zegary atomowe i komputery kwantowe (z niemożliwymi klasycznie oprogramowaniem i algorytmami). Europejscy, w tym także polscy naukowcy, odnieśli w ostatnich dekadach wiele znaczących sukcesów dotyczących badań podstawowych nad tymi technologiami. Znacznie gorzej wyglądała jednak komercjalizacja uzyskiwanych wyników. Teraz ma się to zmienić, a rezultaty badań nad technologiami kwantowymi mają zostać przekute na praktyczne produkty. Temu też służy unijny projekt Quantum Technology Flagship, który ruszy w 2018 roku. Jego realizacja jest przewidziana na 10 lat i ma kosztować miliard euro.To bardzo dobry czas na tego typu ambitne inicjatywy badawcze, gdyż obecnie technologiami kwantowymi interesują się duże komercyjne przedsiębiorstwa, takie jak np.: IBM, Google czy Microsoft. W niedługiej przyszłości badania te mogą więc przynieść ogromne korzyści ekonomiczne czy gospodarcze.
M.B.: Z kim współpracujecie w ramach Międzynarodowego Centrum Teorii Technologii Kwantowych?
M.Ż.: Zgodnie z wymaganiami FNP mamy partnera zagranicznego, współpracujemy z osobami z zagranicy już około 28 lat. To daje większe szanse na zbudowanie prototypów. Polska ma ogromny potencjał naukowy w dziedzinie mechaniki kwantowej, jednak aby odegrać ważną rolę w takim programie, jakim jest Flagship, potrzebujemy nowych placówek badawczych, skupiających się na technologiach kwantowych, dysponujących odpowiednimi funduszami i zdolnych zatrudnić najlepszych międzynarodowych specjalistów. Taką właśnie placówką będzie Międzynarodowe Centrum Teorii Technologii Kwantowych w Gdańsku.
Mogę powiedzieć, że partnerem zagranicznym, tworzonego przez mnie i prof. Pawła Horodeckiego, nowego ośrodka, będzie Instytut Optyki Kwantowej i Informatyki Kwantowej (IQOQI) Austriackiej Akademii Nauk w Wiedniu.
IQOQI - to instytut Austriackiej Akademii Nauk, stworzony przez obecnego jej prezesa, profesora Antona Zeillingera, z którym współpracuję już od 28 lat. Jest to bardzo mocna współpraca. Wspominając o Zeillingerze muszę powiedzieć, że współpracujemy również z prof. Haraldem Weinfurterem, albowiem prof. Zeillinger, jak i prof. Weinfurter to naukowcy, którzy w zasadzie o mały włos, a osiągnęliby nagrodę Nobla.
Tak naprawdę, MCTTK we współpracy z IQOQI otwiera nowy rozdział w historii fizyki kwantowej. Chcemy współpracować również, m. in. z Nordyckim Instytutem Fizyki Teoretycznej-NORDIT (siedzib w Sztokholmie). Prowadzę z nimi rozmowy – jest to bardzo ważna organizacja. Upatruję również szansę na współpracę ze Stanami Zjednoczonymi i Chinami w tym obszarze.
Jesteśmy na początku drogi, a więc posiadamy różnorakie plany i nadziej, co do rozwoju. Naszym partnerem przemysłowym jest firma Automatic Systems Engeenering (ASE), zajmująca się bezpieczeństwem przemysłowym oraz niezaburzoną komunikacją.
M.B.: Czy jest jeszcze inny partner przemysłowy?
M.Ż.: Planujemy nawiązać współpracę z innymi firmami.
M.B.: Kiedy ruszy działalność MCTTK?
M.Ż.: Została przygotowywana odpowiednia infrastruktura. Formalnie Centrum jeszcze nie istnieje, gdyż jesteśmy w trakcie podpisywania umów. Otwarcie Centrum nastąpi prawdopodobnie na początku przyszłego roku akademickiego.
M.B.: Ilu naukowców będzie zatrudnionych w MCTTK?
M.Ż.: Zatrudnimy 34 osób – częściowo będą to naukowcy z Uniwersytetu Gdańskiego oraz planujemy zatrudnić wiele osób z całego świata. Celem jest stworzenie jak najsilniejszej grupy naukowców. Tak więc, bardzo dużo pracy przed nami – jesteśmy na początku drogi.
M.B.: Jaka będzie struktura MCTTK jeśli chodzi o zespoły badawcze?
M.Ż.: W Centrum znajdzie miejsce 6 grup naukowych. Część z nich będzie się zajmować samą mechaniką kwantową, moja grupa będzie się zajmować optyką kwantową w zastosowaniach głównie kwantowo-komunikacyjnych. Część grup będzie zajmować się samą komunikacją kwantową na różne sposoby, od bardziej teoretycznego spojrzenia do bardziej praktycznego.
Będziemy również mieli grupę, która będzie zajmować się układami otwartymi. Będzie też grupa, która będzie zajmować się kwestią zakłóceń badań kwantowych. Układ otwarty jest to taki układ, w odróżnieniu od układu zamkniętego, w którym wpływy z zewnątrz, z reguły niekorzystne, zakłócają wynik badań kwantowych i te wpływ z zewnątrz należy badać, aby móc je później eliminować. Posiadamy także grupę, która jest najbardziej ryzykowna – zajmuje się ona kwestią teorii kwantowych komputerów. Tego typu badania nie były prowadzone dotychczas na Uniwersytecie Gdańskim. Jest to działalność obarczona wysokim ryzykiem – jednakże w założeniach MAB jest realizacja ambitnych projektów. Tym bardziej, iż wydaje się, ze stoimy w przededniu drugiej kwantowej rewolucji.
M.B.: Drugiej, a proszę przypomnieć po krótce czym była pierwsza?
M.Ż.: Pierwszą miała miejsce w ubiegłym stuleciu. Było to powstanie i rozwinięcie teorii kwantów. Dowiedziono wówczas, że prawa rządzące tymi najmniejszymi cząstkami, nazywane mechaniką kwantową, są zupełnie inne niż prawa fizyki klasycznej, dotyczące dużych obiektów.
To dzięki pierwszej rewolucji kwantowej stworzono takie urządzenia, jak np.: tranzystory i lasery kwantowe. Natomiast druga rewolucja kwantowa ma przynieść efekt w postaci powstawania urządzeń, których działanie wykorzystuje zjawiska praw mechaniki kwantowej, zjawiska klasycznie niewyobrażalne i nieopisywalne. Nasze Centrum ma być taką odpowiedzią na te wyzwania, które przynosi obecne badania w zakresie mechaniki kwantowej.
M.B.: Dziękuję za rozmowę i życzę sukcesów.
………………………………………………………………………………………..
Założyciele Międzynarodowego Centrum Teorii Technologii Kwantowych :
Prof. dr hab. Marek Żukowski jest fizykiem kwantowym, absolwentem Wydziału Matematyki, Fizyki i Chemii Uniwersytetu Gdańskiego (UG). Od początku swojej pracy naukowej jest związany z UG (choć habilitację uzyskał na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu). Jest dyrektorem Instytutu Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki UG i jednym z redaktorów amerykańskiego czasopisma „Physical Review”. Był profesorem wizytującym wielu zagranicznych uczelni, m.in.: Uniwersytetu w Innsbrucku, Tsinghua University w Pekinie oraz Chińskiej Akademii Nauk, a obecnie Uniwersytetu w Wiedniu. Jest członkiem Rady Narodowego Centrum Nauki. Jest laureatem wielu programów FNP: MISTRZ, TEAM, COPERNICUS. W 2013 roku otrzymał Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, uznawaną za najważniejsze wyróżnienie naukowe w naszym kraju. Jego najbardziej znana praca to artykuł w „Physical Review Letters” (Żukowski, Zeilinger, Horne, Ekert; 1993) wprowadzający pojęcie wymiany splątania i ogólne operacyjne metody potrzebne do przeprowadzenia kwantowej teleportacji i konstrukcji wielofotonowych stanów splątanych. Inne osiągnięcia profesora to m.in. eksperymentalne wykluczenie szerokiej klasy nielokalnych teorii z ukrytymi zmiennymi (Zeillinger i in. Nature; 2007) oraz wprowadzenie nowej zasady fizyki: informacyjnej przyczynowości (Pawłowski i in. Nature; 2009).
Prof. dr hab. Paweł Horodecki jest fizykiem kwantowym, absolwentem Wydziału Matematyki i Fizyki Uniwersytetu Gdańskiego. Doktorat (z wyróżnieniem) uzyskał na Politechnice Gdańskiej, a habilitację na Uniwersytecie Gdańskim. Obecnie pracuje w Katedrze Fizyki Teoretycznej i Informatyki Kwantowej Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechniki Gdańskiej. Członek Rady Krajowego Centrum Informatyki Kwantowej, którego był współtwórcą. Jest jednym z twórców kryterium Horodeckich (1996) pozwalającego stwierdzić, czy dany stan kwantowy jest splątany (artykuł zawierający ten wynik jest najliczniej cytowaną oryginalną pracą naukową w całej historii UG). Jest też jednym z odkrywców tzw. splątania związanego (Physical Review Letters; 1998), a także wielu podstawowych praw informacji kwantowej. Laureat programu START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, zespołowej nagrody im. Rubinowicza Polskiego Towarzystwa Fizycznego oraz szeregu Nagród Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego.
