Głównym naszym potencjałem są technologie kwantowe i centrum certyfikowania urządzeń kwantowych.

Mariusz Blimel: Proszę, na wstępie, w bardzo dużym skrócie opisać działalność, potencjał, innowacyjność i unikatowość Centrum Fizyki Teoretycznej PAN?

Prof. Krzysztof Pawłowski: Centrum Fizyki Teoretycznej PAN powstało 1 maja 1980 roku z inicjatywy prof. dr hab. Iwo Białynickiego-Biruli. Od początku istnienia instytutu przyświecała mu strategia, aby zapraszać do siebie najlepszych uczonych. Obecnie jesteśmy najbardziej umiędzynarodowionym instytutem w Polsce, w którym ponad 40 procent kadry stanowią naukowcy z zagranicy. Zarazem jesteśmy niedużą jednostką naukową, w której badania prowadzą praktycznie sami liderzy. Prawie każdy z pracujących w CFT profesor ma własny grant. Obecnie mamy 28 projektów, z czego 6 to granty Europejskie. Jesteśmy partnerem ERC Synergy, realizujemy 4 projekty Horizon Europe, w tym projekty z drugiego filaru, dedykowane współpracy z przemysłem.

M.B.: Jaki potencjał ma CFT PAN do zaoferowania w kontekście komercjalizacji?

K.P.: Głównym naszym potencjałem są technologie kwantowe, m.in. certyfikowanie urządzeń kwantowych obliczenia kwantowe, badanie tzw. Emerging technologies.

Obecnie powstaje coraz więcej  urządzeń kwantowych w dziedzinach obliczeń, w  dokładnych pomiarów, kwantowej kryptografii, czyli bezpiecznej komunikacji, oraz kwantowych symulatorów.  Takimi technologiami dziś zajmują się nie tylko naukowcy, ale też duże firmy jak IBM, Google, Amazon, również Microsoft.

Na rynku są już prototypy komputerów kwantowych, a nie ma jeszcze wielu osób, które umiałyby na nich programować. Nasze centrum prowadzi warsztaty z programowania na komputerach kwantowych. Jesteśmy też w stanie ocenić na ile dane urządzenie jest kwantowe.

Podam też przykład nieoczekiwanej komercjalizacji. Doszło, trochę przypadkiem, do kontaktu  naszego uczonego prof. P. Nurowskiego z muzykiem Leszkiem Możdżerem.  Doszło do współpracy, efektem, której jest nowy, pierwszy na świecie fortepian akustyczny strojony w 10-stopniowej skali, na którym Leszek Możdżer nagrywa płyty i daje koncerty.

Podam też przykład nieoczekiwanej komercjalizacji. Doszło, trochę przypadkiem, do kontaktu naszego profesora, Pawła Nurowskiego, z muzykiem Leszkiem Możdżerem. Efektem jest nowy, unikalny pod niektórymi względami fortepian akustyczny strojony w 10-stopniowej skali, na którym Leszek Możdżer nagrywa płyty i daje koncerty.

Kolejny raz okazało się, że fizyk, teoretyk może być pomocny w każdym obszarze rzeczywistości, w którym pojawi się jakiś problem, który wymaga pewnej wiedzy matematycznej.

Mamy też zapytania o ekspertyzy nietypowych instrumentów muzycznych. Wykorzystujemy techniki matematyczne do oceny jakości brzmienia oraz szukania nowych skal muzycznych.

M.B.: Jakimi innowacyjnymi patentami może się centrum poszczycić?

K.P.: Oprócz wspomnianego już fortepianu, w CFT PAN jesteśmy współtwórcą patentu dotyczącego klatek dla myszy w zastosowaniu naukowym, metody mitygacji błędów na komputerach kwantowych, jak i projektu czajnika. 

M.B.: Co jest dowodem na innowacyjność CFT PAN?

K.P.: Mówi się o tzw. kwantowej rewolucji, a my w badaniach wokół kwantowości jesteśmy mocno zaawansowani. Na świecie powstają nowe innowacje, nowe technologie, nowe sektory informatyki i przemysłu. CFT PAN prowadzi innowacyjne badania w tych obszarach. Dziś, jednym z problemów na rynku jest stwierdzenie czy urządzenia dostarczane przez firmy rzeczywiście są bezpieczne i są kwantowe. Oferujemy jako nieliczni testy „kwantowości” urządzeń kwantowych, które w przyszłości mogą być użyte do certyfikowania tych urządzeń.

M.B.: Jaka jest oferta CFT dla świata nauki, biznesu, przemysłu czy partnerstwa gospodarczego?

K.P.: Nasz potencjał naukowy, a przez to też obszar współpracy z przemysłem widzimy dziś w kwantowych technologiach oraz, co zapewne nieoczekiwane, w ekspertyzach dotyczących instrumentów muzycznych. Konkretnie, prof. Paweł Nurowski, fizyk i matematyk był współautorem strojenia dekafonicznego fortepianiu, o którym wspominałem wcześniej.  Teraz ta grupa, wraz ze specjalistami ds. strojenia i konstruowania fortepianów, może świadczyć ekspertyzy dla firm produkujących instrumenty – ocenić ich parametry z punktu widzenia matematyki i zoptymalizować metodę strojenia.

 Jak już wspomniałem jesteśmy w stanie zaoferować dla przemysłu warsztaty, konsultacje i wstępne ekspertyzy dotyczące urządzeń kwantowych. Chcę również w tym miejscu podzielić się dygresją, że na świecie współpraca przemysłu z naukami podstawowymi zależy w większości od inicjatywy ludzi ze świata przemysłu. Na zachodzie dominuje taki model, że to przemysł zwraca się do naukowców, z pomysłem na współpracę. Komercjalizacja nie jest podstawowym celem nauki, mimo, że ostatecznie niektóre wyniki naukowe zmieniają naszą rzeczywistość.

M.B.:  Jak wygląda rzeczywistość naukowo-badawcza w CFT PAN? Mam tu na myśli jakie są realizowane projekty i przez jakie są zespoły?

K.P.: Postaram się w pewnym skrócie przedstawić wybrane projekty i zespoły badawcze naszego centrum. Zacznę od naszych projektów europejskich ze ścieżki Pathfinder, które dedykowane są obszarowi sztucznej inteligencji (AI), będącej w układach półprzewodnikowych, w których główną rolę odgrywają stany związane fotonów, dziur i elektronów, tzw. polarytony ekscytonowe. Ten układ jest wykorzystywany do metody sztucznej inteligencji, która nazywa się sieci neuromorficzne (neuromorphic computing). Próbuje się wdrożyć takie układy do konkretnych urządzeń, które bez zewnętrznego komputera dokonają odpowiednich obliczeń wewnątrz urządzeń. Takie badania prowadzi Michał Matuszewski, który w tym roku dostał, jako partner dużych konsorcjów, 3 granty europejskie, Pathfinder. 

Teoria obliczeń kwantowych 

Grupa obliczeń kwantowych, którą kieruje dr hab. Michał Oszmaniec, bada teoretyczne podstawy i testy szybko rozwijającej się i interdyscyplinarnej dziedziny obliczeń kwantowych. Badania koncentrują się na opracowywaniu narzędzi i metod pozwalających lepiej zrozumieć możliwości i ograniczenia komputerów kwantowych w najbliższej przyszłości. 

Grupa była częścią polskiego wspieranego przez grant Team-Net finansowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej. Osiągnięciem tej grupy badawczej jest mitygacja błędu – taki post-processing wyników, aby poprawić ostateczny wynik, w oparciu o dobrą charakteryzację szumów w urządzeniu. Ta grupa nawet napisała bibliotekę numeryczną na komputery kwantowe, która pozwala zmniejszyć wpływ klasycznych szumów i poprawić jakość obliczeń kwantowych.

Informacja kwantowa

dr hab. Remigiusz Augusiak 

Grupa Remigiusz Augusiaka zajmuje się tzw. certyfikacją stanów kwantowych. Są to testy statystyczne, które pozwalają stwierdzić czy założone na wstępie kwantowe korelacje udało się osiągnąć w tym urządzeniu.

W CFT PAN prowadzimy bardzo dużo obliczeń numerycznych, często używając sztucznej inteligencji. Najsilniejszymi grupami w tym obszarze są grupy zajmujące się badaniem kosmosu astrofizyki relatywistycznej (prof. dr hab. Agnieszka Janiuk) zajmuje się badaniem własności plazmy w bezpośrednim otoczeniu kosmicznych czarnych dziur, w całym zakresie ich mas, kosmologii (dr hab. Wojtek Hellwing oraz dr hab. Maciej Bilicki), zajmujące się symulacjami kosmologicznymi oraz data science w oparciu o dane obserwacyjne. 

Prof. dr hab. Bożena Czerny, beneficjentka ERC Synergy prowadzi grupę stosowanej ogólnej teorii względności, zajmującą się fizyką aktywnych jąder galaktyk. Warto nadmienić, że prof. Bożena Czerny została pierwszą w historii Polką nagrodzoną przez Europejskie Towarzystwo Astronomiczne nagrodą Lodewijk Woltjer Lecturea w 2022 r. oraz była na liście 100 Polek czasopisma „Forbes Women”.

Mamy również grupy zajmujące się fizyką matematyczną. W szczególności grupę badawczą kierowaną przez dr hab. Adama Sawickiego, poprzedniego dyrektora CFT PAN oraz grupę prof. dr hab. Pawła Nurowskiego zajmującą się geometryczną teorią sterowania, zastosowaniami geometrii parabolicznych w fizyce, geometrią konforemną w teorii względności i kosmologii. Co ciekawa, to właśnie grupa prof. Pawła Nurowskiego, mimo, że jest bardzo zmatematyzowana osiągnęła jeden zeszłorocznych patentów na metodę strojenia dekafonicznego fortepianiu.  

Ultrazimne gazy 

Liderem grupy badawczej jest dr hab. Krzysztof Pawłowski.

W ultraniskich temperaturach, rzędu setek nanokelwinów, gaz może przejść w tzw. kondensat Bosego-Einsteina. Jest to solidnie zbadany stan skupienia, otrzymywany w setkach laboratoriów na świecie. Czy rzeczywiście znamy kondensat tak dokładnie? Nieoczekiwanie, w 2016 roku, odkryto w ultrazimnych gazach jeszcze inny stan kwantowy, tzw. krople kwantowe, które "wyrosły" z kondensatu. Teraz kondensat zaczyna być wykorzystywany do zadań praktycznych, głównie w metrologii.

M.B.: Jakie są najbardziej znaczące osiągnięcia CFT PAN?

K.P.: Należy wymienić profesora Ł. A. Turskiego, który jest pomysłodawcą Centrum Nauki Kopernik oraz Pikniku Naukowego Radia BIS.  Idea CNK przyświecała mu przez kilkanaście lat. Przez upór i konsekwentne przekonywanie decydentów uzyskał poparcie tej idei.

Trzeba również wspomnieć o Lechu Mankiewiczu, który jest niezwykle zaangażowany w portal KhanAcademy, głównym twórcą polskiej wersji. To portalu oferujący ogromną ilość materiałów edukacyjnych, które stanowią pomoc dydaktyczną w nauczaniu na różnych poziomach: od szkoły podstawowej do Uniwersytetu. Pełni również funkcję „Polish Language Advocate” w KhanAcademy.

Pracownicy Centrum prowadzą ożywioną działalność publicystyczną. Publikują teksty popularno-naukowe, byli autorami felietonów radiowych i programów telewizyjnych dotyczących fizyki (prof. Ł. A. Turski), udzielają również wywiadów do radia, telewizji i prasy (prof. Lech Mankiewicz).

Główna nagroda Fundacji Nauki Polskiej w dziedzinie nauk fizycznych, zwana potocznie Polskim Noblem, aż trzykrotnie została przyznana uczonym związanym naukowo z naszą palcówką. I tak w roku 2011 otrzymał ją nasz były doktorant i długoletni pracownik, obecnie pracujący w prestiżowym Instytucie Nauk Fotonicznych w Barcelonie (Hiszpania), profesor Maciej Lewenstein. W roku 2014 nagrodę otrzymał nasz założyciel, prof. dr hab. Iwo Białynicki-Birula, a rok później, w 2015 roku – prof. dr hab. Kazimierz Rzążewski.

Wśród innych projektów realizowanych przez CFT były m.in. granty Fundacji Johna Templetona, stypendia Indywidualne Marii Skłodowskiej-Curie z Komisji Europejskiej, granty First Team, różne formy finansowania z Narodowego Centrum Nauki, w tym pięć prestiżowych grantów MAESTRO. Byliśmy także beneficjentem grantu ERC Advanced koordynowanego przez Uniwersytet Gdański oraz uczestnikiem projektu unijnego, finansowanego w ramach 5 Programu Ramowego, koordynowanego przez Uniwersytet Poczdamski. Istotną częścią działalności instytutów jest współpraca naukowa z krajowymi i zagranicznymi ośrodkami naukowymi. Wszyscy pracownicy Centrum są zatrudniani w ramach otwartych konkursów. W konsekwencji aż 45% badaczy (22 spośród 48) ma zagraniczne obywatelstwo.

Suma środków przyznanych na projekty w CFT PAN w ciągu ostatnich 5 lat, które teraz są w trakcie realizacji lub są po pozytywnych decyzjach agencji finansujących naukę, wynosi ponad 31 mln zł.

W 2022 roku w Centrum zatrudnionych było blisko 70 pracowników, w tym 19 profesorów instytutu.

Od początku istnienia placówki do chwili obecnej pracownicy Centrum opublikowali ponad 2000 prac (w tym ponad 300 dodanych do bazy PBN), w większości w wiodących na świecie fizycznych czasopismach naukowych. Statystycznie na jednego pracownika naukowego Centrum przypadają ponad 2 publikacje rocznie. Niedużo, ale są to publikacje z górnej pułki.

Centrum Fizyki Teoretycznej PAN prowadzi badania naukowe w ramach działalności statutowej oraz projektów badawczych zlecanych nam przez krajowe i zagraniczne agencje badań. Od roku 1990 do chwili obecnej zrealizowano w Centrum ok. 90 krajowych i zagranicznych projektów badawczych. W ostatnich latach realizujemy sześć grantów europejskich 

Istotną rolę odgrywa współpraca z zagranicznymi ośrodkami naukowymi. Jej efektem jest wiele artykułów naukowych opublikowanych wspólnie z uczonymi z zaprzyjaźnionych placówek zagranicznych – głównie europejskich i amerykańskich. Kształcenie młodych fizyków z Polski jest natomiast jednym z najważniejszych zadań statutowych Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. Przez lata odbywało się ono poprzez zatrudnianie asystentów na umowę o pracę, a obecnie w ramach studiów doktoranckich. Od początku istnienia ok. 70 młodych pracowników CFT przygotowało rozprawę doktorską w trakcie swego zatrudnienia w CFT i uzyskało stopień doktora. Większość z nich kontynuuje pracę naukową, nie tylko w polskich, ale także w amerykańskich i zachodnioeuropejskich instytutach naukowych i uniwersytetach. Kilkunastu z nich uzyskało już tytuł naukowy profesora.

M.B.: Dziękuję za rozmowę.

(Zdjęcia zasoby CFT PAN)