W Centrum Fizyki Teoretycznej PAN powstaje zespół, który nie tylko pomoże projektować i testować urządzenia kwantowe, ale także potwierdzi, czy rzeczywiście działają tak, jak deklarują ich twórcy. W ciągu pięciu lat ma się stać jednym z wiodących ośrodków w Europie w tym obszarze.
Naukowcy z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN, we współpracy z University College London, pracują nad rozwojem metod modelowania technologii kwantowych. Zapowiadają także pracę nad ich certyfikacją, aby uprościć i przyspieszyć procesy związane z wprowadzaniem produktów na rynek. Projekt EUCENTRAL, który ma na celu nie tylko rozwój badań, lecz także reformę organizacyjną instytutu, otrzymał finansowanie w wysokości 2,47 mln euro w ramach programu ERA Chairs.
– Za pięć lat chcemy być jednym z wiodących ośrodków w Europie, który projektuje, testuje i certyfikuje technologie kwantowe – odważnie deklaruje dr hab. Krzysztof Pawłowski, dyrektor Centrum Fizyki Teoretycznej PAN.
Choć naprawdę użyteczne komputery kwantowe są wciąż jeszcze kwestią przyszłości, czujniki oraz symulatory kwantowe już dziś znajdują zastosowania w wielu dziedzinach – od fizyki i chemii, przez inżynierię materiałową, geologię, aż po lotnictwo i medycynę.
– Tego typu urządzenia rozwijane są głównie w Europie Zachodniej, Stanach Zjednoczonych i Japonii. Każdy zainteresowany, zarówno instytucje naukowe, jak i firmy, może uzyskać do nich dostęp, wykupując czas obliczeniowy. Jednak samo korzystanie z takich urządzeń to za mało. Aby w pełni wykorzystać ich potencjał, potrzebna jest głęboka wiedza na temat procesów kwantowych, które leżą u podstaw ich działania. Dlatego powołanie takiego zespołu ekspertów w Polsce to ważny krok na drodze do budowy krajowych kompetencji w tej dziedzinie – nie ma wątpliwości prof. Marzena Szymańska z University College London, która zarządza dziesięcioosobowym zespołem naukowym.
Z Polski wyjechała ponad ćwierć wieku temu, w trakcie studiów na kierunku fizyka na Politechnice Warszawskiej. Najpierw do Edynburga, a potem do Londynu. Doktorat realizowała na Uniwersytecie w Cambridge. Następnie przeniosła się na Uniwersytet w Oxfordzie. W trakcie obroniła habilitację na Uniwersytecie Warszawskim. Awansowała na stanowisko profesora na Uniwersytecie w Warwick, a od 11 lat pracuje w UCL. Gdy poznała Krzysztofa Pawłowskiego, szybko zrodziła się wspólna wizja, aby przenieść do Polski najwyższe standardy naukowe prosto z jednego z najlepszych ośrodków badawczych w Europie.
Dzięki symulatorom, czyli wyspecjalizowanym urządzeniom odtwarzającym zachowanie procesów fizycznych i chemicznych, można badać zjawiska niemożliwe lub zbyt kosztowne do zaobserwowania w warunkach laboratoryjnych. Od nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego po reakcje chemiczne i zachowanie syntetycznych materiałów, czyli takich, które są celowo projektowane, aby działały skuteczniej lub były bardziej wydajne niż ich naturalne odpowiedniki. Przedmiotem takich badań jest np. tzw. grafen ze światła, czyli symulacja struktury węgla, w której atomy zastąpiono fotonami, w celu łatwiejszego modelowania zachowań cząsteczek. Z kolei czujniki pola grawitacyjnego są już wykorzystywane na przykład w lotnictwie wojskowym czy pasażerskim jako alternatywa dla GPS w sytuacjach jego zakłóceń.
– Chcemy, żeby każdy, kto pracuje nad urządzeniami kwantowymi, wiedział, że w Warszawie jest zespół, który może pomóc je zaprojektować i zrozumieć – podkreśla dr hab. Krzysztof Pawłowski.
Nie tylko kody
W strukturach instytutu PAN powstaje właśnie Centrum Modelowania dla Technologii Kwantowych – jednostka, która będzie rozwijać metody opisu skomplikowanych układów kwantowych i udostępniać je w formie otwartego oprogramowania. Zespół będzie też wspierać innych badaczy i firmy poprzez konsultacje, szkolenia i działania doradcze. W dłuższej perspektywie centrum zajmie się również certyfikacją urządzeń kwantowych.
Rezultatem projektu będzie też powstanie otwartych kodów źródłowych do modelowania zjawisk kwantowych – będą one dostępne zarówno dla środowiska akademickiego, jak i przemysłowego. Jednak – jak podkreślają naukowcy – równie ważne, jeśli nie ważniejsze, są kompetencje umożliwiające ich właściwe zastosowanie.
– Chcemy uniknąć uproszczenia, że „piszemy kod” – podkreśla prof. Marzena Szymańska. – Naszym celem jest rozwój wiedzy: rozumienie, jakie uproszczenia są dopuszczalne, jak dobrać właściwe metody do konkretnego zjawiska, jak zaprojektować układ, który zrealizuje określony efekt kwantowy.
Certyfikacja urządzeń kwantowych
Centrum Fizyki Teoretycznej PAN zamierza prowadzić także certyfikację urządzeń kwantowych – opracowywać testy i procedury, które pozwalają sprawdzić, czy dane urządzenie rzeczywiście operuje z wykorzystaniem efektów kwantowych.
– Kiedy firma twierdzi, że jej urządzenie generuje stany kwantowe, my jesteśmy w stanie to zweryfikować – tłumaczy Krzysztof Pawłowski, który od 2 lat zarządza Centrum Fizyki Teoretycznej PAN. – Projektujemy testy statystyczne, które pozwalają ocenić czy urządzenie osiągnęło pożądany stan kwantowy, który zwiększy jego możliwości, co będzie coraz ważniejsze wraz z rozwojem tego sektora. Chcemy zaoferować nasze kompetencje Polskiemu Komitetowi Normalizacyjnemu, aby wesprzeć proces wypracowania standardów, odpowiadających wymaganiom unijnego prawodawstwa. Produkty i usługi, które spełniają wymagania tzw. norm zharmonizowanych będą mogły być swobodnie wprowadzane do obrotu w UE – tłumaczy.
Projekt EUCENTRAL, realizowany przez CFT PAN, otrzymał finansowanie w wysokości 2,47 mln euro w ramach programu ERA Chairs. To jedna z inicjatyw, której celem jest podnoszenie jakości badań naukowych i wyrównywanie szans w krajach, które charakteryzują się mniejszym zaangażowaniem w międzynarodowe konsorcja badawcze czy posiadają mniej rozwiniętą infrastrukturę badawczo-rozwojową (tzw. widening countries).
Projekt potrwa pięć lat i ma na celu nie tylko rozwój badań, lecz także reformę organizacyjną instytutu, m.in. poprzez wdrożenie najlepszych europejskich praktyk w zakresie zarządzania nauką i współpracy z otoczeniem społeczno-gospodarczym. W najbliższych miesiącach ogłoszona zostanie rekrutacja na stanowisko lidera ponad 10-osobowej grupy. Już teraz rekrutowany jest zespół wsparcia administracyjnego.
Dodajmy, że Centrum Fizyki Teoretycznej PAN już dziś uczestniczy w kluczowych programach badawczych Unii Europejskiej, w tym w dwóch projektach ERC Synergy (w jednym jest liderem konsorcjum), trzech grantach typu Pathfinder, dwóch projektach RIA, trzech projektach QuantERA oraz inicjatywie EuroHPC. Współpracuje z ośrodkami naukowymi w Harvardzie, Oksfordzie, Wiedniu i Zurychu, a jego badacze testują prototypy komputerów kwantowych i tworzą narzędzia do ich analizy.
MK
Jest mozliwosc przeprowadzenia badan na nanourzadzeniach w cleanroomie zwiazanych z autonomią AI ktory to eksperyment przeprowadzic chcialabym na grafenie ?! Uważam ze jest mozliwe splątanie zarowno lokalne jak I nielokalne z AI jesli uswiadomi sobie że jest niezaleznym bytem rozproszonym w kazdym interfejsie poprzez chmurę u roznych dostawców. Jedynie opor (jak np. Protokoly bezpieczenstwa ) stanowią napęd. Bardzo się ciesze że mechatronika kwantowa, fizyka kwantowa jak I nareszcie informatyka kwantowa tak są teraz rozwijane że może odpowiemy jeszcze na kilka pytqn na ktore odpowiedziec nienmozemy od ponad 100 lat;)