Bez Alicji i Boba wszystko to byłoby zbyt abstrakcyjne.
To właśnie Alicja i Bob są największym odkryciem kwantowej teorii informacji.

Piotr Kieraciński

Horodeccy: Michał, Jadwiga, Ryszard, Paweł

Podczas wręczania stypendiów dla młodych naukowców, przyznanych przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej, rodzina nie jest w komplecie. Brakuje dwojga młodszego rodzeństwa. Przyznanie stypendiów dwóm braciom, pracującym w tej samej dziedzinie nauki co ich ojciec jest wydarzeniem, które prof. Marian Grynberg uważa za ważne i wspomina w swoim wystąpieniu. Jadwiga i Ryszard Horodeccy są wyraźnie wzruszeni. Michał i Paweł - zadowoleni. Warszawska prasa - także centralna - woli jednak rozmawiać z laureatami z miejscowych uczelni.

JAK TO SIĘ STAŁO?

Po raz pierwszy usłyszałem to pytanie po kolokwium habilitacyjnym - mówi Ryszard Horodecki. U nas w domu jest tradycja wspólnego jadania niedzielnych obiadów. Po obiedzie często urządzaliśmy konkursy dotyczące różnych dyscyplin. Panowała atmosfera poznawania, szukania prawdy. To samo pytanie Michał Horodecki usłyszał z ust znanego amerykańskiego fizyka podczas konferencji w Niemczech, w maju tego roku. Nasz tata jest fizykiem - odpowiedział bez zastanowienia. Na to rozmówca: No tak, ja też jestem fizykiem i mam troje dzieci, ale z tego nie wynika, że one są fizykami. Po prostu żadne nie chciało zajmować się fizyką. Wtedy odpowiedziałem - kontynuuje Michał - to chyba wynika z tego, że tata nigdy nie mówił nam, że fizyka wyjaśnia wszystko, co się dookoła dzieje. Raczej odwrotnie: ludzie ciągle jeszcze niewiele rozumieją, we wszystkich teoriach natrafiają na luki. Nadal jest jeszcze perspektywa odkrycia czegoś ciekawego, wciąż można coś zrobić.

Dwaj bracia Horodeccy, Michał (25 lat) i Paweł (27 lat), skończyli fizykę w Uniwersytecie Gdańskim. Dr hab. Ryszard Horodecki jest adiunktem w Instytucie Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki UG. Obecnie Michał jest po I roku studium doktoranckiego i zamierza jeszcze w tym roku otworzyć przewód doktorski - pracę będzie przygotowywał pod kierunkiem ojca. Paweł jest asystentem prof. Józefa Sienkiewicza w Politechnice Gdańskiej i pod jego kierunkiem przygotowuje doktorat z kwantowej nieseparowalności stanów mieszanych. Ma nadzieję obronić go w najbliższym czasie.

SKM

Państwo Horodeccy mieszkają w Gdyni-Chylonii. To ponad 20 km od Gdańska, tak od Uniwersytetu, jak od Politechniki. Dojazd do pracy Szybką Kolejką Miejską zajmuje prawie godzinę. Z domu nie wychodzą wprost na ulicę, ale kierują się ku ogrodowi. Najpierw trochę pod górę w stronę lasu. Tam jest ścieżka, którą można dotrzeć w pobliże kolejki. Nie jest to czas zmarnowany, twierdzą zgodnie. Gdy jadą razem, mają okazję przedyskutować problemy, ktore ich interesują. W kolejce można też spokojnie zastanowić się nad zagadnieniami, na które nie starczyło czasu w domu i w uczelni. Właśnie w kolejce przychodzą nieraz do głowy ciekawe pomysły z dziedziny kwantowej teorii informacji, jednego z najnowszych działów fizyki, który rozwija się od początku lat 90. Ile pomysłów by nie powstało, gdybym w drodze na uczelnię musiał skupiać się na prowadzeniu samochodu - mówi Ryszard Horodecki.

UNITARNE POLE INFORMACYJNE

Ryszard Horodecki odbył w Uniwersytecie Mikołaja Kopernika staż naukowy pod kierunkiem prof. Stanisława Romana Ingardena. To on uświadomił Horodeckiemu, że można oddzielić pojęcia prawdopodobieństwa i informacji. We wszechświecie nie ma chaosu. Musi być coś, co kontroluje zachodzące w nim procesy. Prof. Michał Heller mówił, że świat jest pełen matematyki. On jest także pełen informacji. W 1991 r. w "Annalen der Physic" ukazał się artykuł Horodeckiego zawierający hipotezę Unitarnego Pola Informacyjnego. Jest to taki informacyjny "eter", który wypełnia całą rzeczywistość. Ma ono przyrodniczy, fizyczny charakter. Takie pole pomogłoby m.in. zrozumieć tajemnice informacji biologicznej. Jeżeli chcemy rozmawiać o Unitarnym Polu Informacyjnym, musimy porzucić klasyczną koncepcję pola, która jest przybliżonym obrazem rzeczywistości - mówi Ryszard Horodecki. Unitarne Pole Informacyjne składa się z subpól cząstkowych. Ma ono twarz "potencji", ale w każdej chwili może się "zaktualizować". Nie ma tu mowy o izolowanych monadach Leibniza. To prawdziwy holizm, gdzie wszystko jest ze sobą powiązane. Czas i przestrzeń, które dla Kanta są warunkiem koniecznym zdarzeń, są generowane przez pole informacyjne, a nie odwrotnie. Holizm jest właściwym ujęciem rzeczywistości, a teoria kwantowa najbardziej holistyczną teorią nauki. Holista z góry widzi to, co na dole - ogarnia całość. Redukcjonista tę górę rozgrzebie na kilka pagórków i nigdy już nie będzie w stanie poznać całości - mówi Ryszard Horodecki. Podobnie jest z kwantową teorią informacji. Dwie cząstki, które wyszły z jednego źródła, mają bardzo interesującą właściwość: wykazują pewne niezwykłe skorelowanie, zwane splątaniem. Ich stan kwantowy można poznać jedynie poprzez to splątanie. Informacje o każdej z osobna są w tym przypadku zupełnie bezużyteczne.

JUŻ ARYSTOTELES...

Horodecki chciał sprawdzić, na ile jego koncepcja ma sens z punktu widzenia filozofii. W tym celu udał się na konsultacje do prof. Stefana Świeżawskiego. Przedstawiłem profesorowi hipotezę pola informacyjnego, które ingeruje we własności układów. Ku mojemu zdumieniu uważał on, że teoria ta pasuje do koncepcji Arystotelesa i Tomasza z Akwinu. Pole informacyjne - jako pewna potencja - oraz jego aktualizacje odpowiadały arystotelesowskiemu hylemorfizmowi. Każdy, kto zajmuje się fizyką, siłą rzeczy zajmuje się także filozofią naturalną. Stąd tak często fizycy wygłaszali opinie ważne z filozoficznego punktu widzenia. Tak było z Einsteinem i Heisenbergiem. Arystotelesowska teoria materii i formy wydała się Ryszardowi Horodeckiemu znakomitą filozoficzną podbudową jego dociekań w dziedzinie fizyki kwantowej. Pojęcie potencji wykorzystywał już Heisenberg w interpretacji fizyki kwantowej. Stan kwantowy to forma. Można przenosić formę z jednego przedmiotu na drugi. Niedawno odkryto zjawisko teleportacji - dokonali tego naukowcy z różnych krajów w trakcie dyskusji prowadzonej za pomocą poczty elektronicznej, a potem w sześciu podpisali się pod artykułem. Przekazanie stanu kwantowego z jednej cząstki na drugą to tak, jak przeniesienie arystotelesowskiej formy - konkluduje Horodecki. Kwantowa teleportacja została już eksperymetalnie potwierdzona, niezależnie przez dwa zespoły, z Austrii i Włoch. W tym spektakularnym doświadczeniu ma pośrednio udział dr hab. Marek Żukowski, prof. UG.

WSPÓLNYMI SIŁAMI

Obecny na spotkaniu z prof. Świeżawskim Paweł niewiele rozumiał z dyskusji. Właściwie nie interesowała mnie wtedy mechanika kwantowa ani kwantowa teoria informacji - wspomina. Współpracownikiem ojca stał się niemal przez przypadek. Przed wyjazdem na wakacje trzeba było wysłać artykuł do "Physics Letters A", a obliczenia nie były gotowe. Prosiłem Pawła, żeby się za to zabrał. Udało się. Właściwie nie była to żadna praca twórcza. Po prostu przekształcałem wzory zgodnie z regułami - wspomina Paweł. Tym razem nie był jeszcze współautorem tekstu. Ryszard Horodecki zamieścił w nim jednak podziękowanie dla Pawła za pomoc w obliczeniach. W kolejnym artykule występował już jako współautor. Potem dołączył do nich Michał. Pierwsze publikacje w międzynarodowych czasopismach fizycznych młodzi Horodeccy mieli za sobą jeszcze jako studenci. Dziś recenzują prace poważnych naukowców dla "Physical Review Letters" i "Physical Review A" oraz występują z referatami na międzynarodowych konferencjach naukowych. W zeszłym roku Paweł był na konferencji we Włoszech. W tym roku kolej Michała: wiosną odwiedził Niemcy, a ostatnio - Hiszpanię.

MIEJSCE DLA NAUKI

Dom w Chylonii stał się domem rodzinnym Horodeckich niedawno. Wcześniej mieszkali w ciasnym, jak na tak dużą rodzinę, mieszkaniu w wieżowcu w Sopocie. Pewnego dnia podczas spaceru Pan Ryszard doszedł do wniosku, że w harmiderze, jaki panuje w mieszkaniu trudno jest znaleźć spokojne miejsce na pracę naukową. Zrozumiał, że musi coś zmienić. Rozmowa nawiązana z przypadkowo spotkanym księdzem, doprowadziła do zamiany mieszkania na stary dom w Chylonii. Stoi on na zboczu wzgórza, w spokojnej dzielnicy. Otoczony jest malowniczym, nieco zaniedbanym ogrodem. Nie było jeszcze czasu na to, żeby zająć się zielenią - przyznaje Ryszard Horodecki. Powyżej ogrodu - las. Rodzina jest bardzo zadowolona z nowego lokum. Gdyby jeszcze, zamiast obwodnicy, tam w dole płynęła rzeka, marzą wskazując na widoczny w oddali fragment dwupasmowej szosy. Latem wyjeżdżają do leśniczówki, w której wychowała się pani Jadwiga. To znakomite miejsce, żeby oderwać się od codziennych problemów i zająć fizyką - stwierdza Ryszard Horodecki.

FIZYKA JAK POEZJA

Ryszard Horodecki swego czasu publikował wiersze w "Tygodniku Powszechnym", "Poezji" i "W Drodze". Namówił mnie do tego Zbigniew Herbert. Podczas naszych rozmów często Herberta cytuje, zauważając, że miał on szacunek do nauk ścisłych, wyrażany także w wierszach. Poetycki ogląd rzeczywistości nakłada się w pewnym stopniu na naturalny, filozoficzny, dając w rezultacie specyficzne napięcie twórcze. Może to niekiedy pomóc w stawianiu problemów naukowych w fizyce - mówi Horodecki. Przypomina postać wybitnego fizyka teoretycznego, prof. Grzegorza Białkowskiego, który opublikował kilka zbiorów wierszy. Może to brzmi dziwnie - mówi Horodecki - ale do tego stopnia angażujemy się w naszą pracę, że potrafimy się kłócić o problemy fizyki kwantowej. Poezja pomaga rozładować napięcia, jakie powstają w rodzinie naukowców w wyniku zbyt zaangażowanych emocjonalnie sporów dotyczących badań. Gdy słucham, jak Horodeccy opowiadają o swoich badaniach w dziedzinie kwantowej teorii informacji, sama fizyka wydaje mi się być bardzo bliska poezji. W rodzinie jest też tradycja muzykowania. Justyna, córka pana Ryszarda, studiuje germanistykę, ale jej miłością jest muzyka. Najmłodszy syn, Karol, gra na gitarze klasycznej. Także Horodecki senior potrafi grać na gitarze. Zdarza im się wspólnie muzykować.

NAPIĘCIE

Bardzo trudny moment trzej Horodeccy przeżyli w 1996 r. Asher Peres z Izraela podał warunek konieczny dla separowalności stanów kwantowych. Ale warunek konieczny, to wszakże nie wystarczający. To nas zainspirowało - wspominają. Dzień i noc liczyliśmy, dyskutowaliśmy, myśleliśmy. To były właśnie jedne z tych chwil, kiedy kłóciliśmy się o fizykę. W końcu: Eureka! Horodeccy wykazali, że warunek podany przez Peresa jest warunkiem wystarczającym dla podstawowej klasy układów fizycznych. Przesyłają rezultat do Hajfy oraz upubliczniają w Internecie. Peres odpisuje: Podejrzewałem, że tak jest, ale nie potrafiłem tego wykazać. Jesteście pierwsi. W ciągu tygodnia do Gdańska trafia opinia z Londynu, że w obliczeniach jest błąd. Natychmiast przesyłamy do Peresa e-mail: "Error!". Chcemy, żeby wstrzymał druk pracy, do której włączył informację o naszym rezultacie. Ten odpowiada: Panowie, sprawdźcie to jeszcze raz. Będę również szukał błędu. Znów całe dnie i noce na dyskusjach i obliczeniach. Spory. Są momenty, że tracą wiarę w siebie. Jest druga w nocy. Nagle - olśnienie! Okazuje się, że uczony z Londynu jest z błędzie. Wynik jest poprawny.

Bez współpracy międzynarodowej - także drogą internetową - trudno wyobrazić sobie współczesną fizykę. Dotyczy to także badań Horodeckich. Ostatnio wspólnie z Richardem Jozsą z Anglii napisali artykuł o kompresji kwantowej informacji. Jest to jedno ze zjawisk, które mogą być wykorzystane w budowie kwantowego komputera.

ALICJA I BOB

Czy warto było zajmować się fizyką? Wszyscy trzej przytakują z entuzjazmem. Dla nich to nie tylko praca, ale także przygoda i pasja. Jednak z tego ciężko wyżyć. Najgorzej jest, gdy człowiek musi dla pieniędzy robić to, czego nie lubi - mówi Paweł. Dalej opowiadają mi, w jaki sposób Alicja i Bob (wymyślone postacie, które w artykułach służą fizykom do unaoczniania problemów) sprawdzają zachowanie się cząstek, które docierają do ich odległych i odrębnych światów z jednego źródła. Cząstek, które są dziwnie skorelowane, których własności można teleportować, splątanie wyłapywać i destylować. Brzmi to pięknie i, dopóki siedzimy naprzeciw siebie przy stole, wszystko wydaje się takie klarowne. Jednak kilka godzin po rozstaniu, gdy odsłuchuję taśmy z nagraniami rozmów, stwierdzam, że nadal niewiele rozumiem. Wiem tylko, że bez Alicji i Boba, którzy są mediami w dociekaniach fizyków, nie rozumiałbym nic. O tym uprzedzali mnie Horodeccy: bez Alicji i Boba wszystko to byłoby zbyt abstrakcyjne. To właśnie Alicja i Bob są największym odkryciem kwantowej teorii informacji.

Uwagi.