Овогодишњи добитник „српског Нобела” за физику Часлав Брукнер, директор Института за квантну оптику и информацију у Бечу, говори о енигматичној природи квантног света
Текст: Ивана Хорват
Још као студент, знао је да је квантна физика оно чиме жели да се бави. У свом истраживачком раду се интересовао за оне проблеме квантне физике које до тада није разумео. Ова стално присутна тежња за новим сазнањима довела га је у сам врх светске науке, а недавно је постао добитник престижне српске награде за физичаре „Марко В. Јарић“.
Часлав Брукнер рођен је у Новом Саду. Након завршене гимназије уследиле су студије физике у Београду. На предавањима професора Федора Хербута, први пут се заинтересовао за квантну физику.
Часлав Брукнер о награди „Марко В. Јарић“ за Елементаријум:
„Веома сам срећан да могу да будем у друштву досадашњих добитника ове награде. Награде нам омогућавају да застанемо на тренутак, да се осврнемо уназад и критички сагледамо шта смо до сада у истраживачком раду постигли.“
Једногласном одлуком жирија Фонда „Марко В. Јарић“ одлучено је да професор Брукнер постане добитник ове награде за 2014. годину. Како се наводи у саопштењу жирија, открића Часлава Брукнера су не само продубила разумевање фундаменталних разлика између корелација у квантној и класичној физици, већ су и показала да су квантне корелације кључни ресурс који омогућава обраду информација са ефикасношћу која превазилази ограничења класичне физике. О успешности нашег научника најбоље говори податак да су његови резултати цитирани више од 5700 пута.
Скривене варијабле квантног света
„Квантна реалност је другачија од реалности на коју смо навикли у свакодневном искуству и класичној физици. У својој суштини, квантна физика истражује феномене који се косе са нашом интуицијом. Међу њима се истиче такозвана квантна суперпозиција, која нам говори да честица на известан начин може истовремено да се налази и у тачки А и у тачки Б“, додаје Брукнер, говорећи о физичкој реалности која измиче нашем оку.
Физичка реалност какву познајемо говори нам да свака последица има свој узрок. На пример, ако трагамо за починиоцем кривичног дела, ми трагамо за узроком. Овакве узрочно-последичне везе дубоко су укорењене у наше разумевање физичке стварности. Међутим, ако заронимо мало дубље, у наизглед очигледну физичку реалност, улазимо у свет у којем ова правила не важе – улазимо у свет квантне физике.
„У класичној физици свака последица има свој узрок који јој временски претходи и једнозначно је одређује. С друге стране, квантна физика искључује овакав узрочно-последични опис и даје само вероватноћу за појединачне догађаје“, додаје Брукнер.
Управо овакав опис природе допринео је томе да су поједини великани физике 20. века сматрали да квантна менахника није потпуна теорија. Међу њима се истицао Алберт Ајнштајн који је често говорио „да се Бог не игра коцкицама“.
„Да би квантну механику разумели у оквирима онога што је интуитивно јасно, сматрали су да је ову теорију неопходно допунити такозваним ‘скривеним варијаблама’, које би описивале дубљи, ‘скривени’, ниво физичке реалности. На овај начин би узрочно-последични след догађаја био успостављен и у квантном свету“, појашњава Брукнер.
Ирски физичар Џон Бел, с чијим резултатима се Брукнер први пут упознао на предавањима професора Хербута током студија физике у Београду, задао је најтежи ударац идеји скривених варијабли. Парадоксално је што се његова мотивација да ради на програму скривених варијабли заснивала на томе што је веровао у њену исправност. Бел је своју теорему развио 1964. године, након једногодишње паузе у ЦЕРН-у.
„Белово велико достигнуће је у томе што је он показао да уколико прихватимо да не постоји тренутно међудејство између две честице на неком растојању, онда је претпоставка о ‘скривеним варијаблама’ у супротности са предвиђањима квантне физике. Према томе, чини се да у квантној физици постоји принципијална немогућност узрочно-последичног објашњења квантних догађаја“, појашњава Брукнер. „Неки догађаји су просто случајни. А експерименти су потврдили ваљаност квантне механике“, додаје наш научник.
О томе колико вероватноћа и случај постају фундаментални део физичке реалности у квантном свету, најбоље говори следећи пример професора Брукнера: „Ако пошаљемо фотон – светлосну честицу – на полупропустљиво огледало, честица ће или бити пропуштена или одбијена од огледала. Квантна физика не даје одговор на питање који од ова два догађаја ће се реализовати за дату честицу. Она само одређује њихову вероватноћу.“
Квантни рачунари
Према његовим речима, у време Беловог открића нико није могао да слути да ће овај рад једног дана постати основа за развој квантне информатике. Професор Брукнер додаје: „Ова грана науке којом се и сам бавим, комбинује квантну физику и информатику. Она доказује да је обрада информација на бази закона квантне физике ефикаснија и у неким случајевима експоненцијално бржа него она која се базира на законима класичне физике. Такође и сигурност комуникације биће загарантована самим природним законима.“
Часлав Брукнер бави се применом метода и сазнања квантне информатике на истраживању каузалности, као и феномена који за своје објашњење захтевају примену и квантне физике и гравитације. Поред теоријског рада, проф. Брукнер сарађује са експерименталним групама на дизајнирању нових тестова квантне механике и квантно информатичких протокола. У сарадњи са групом А. Цајлингера, Брукнер је развио први теоријски предлог за „прочишћење“ квантних корелација на бази линеарне оптике. Данас је редовни професор на Физичком факултету Универзитета у Бечу и директор је Института за квантну оптику и квантну информацију Аустријске академије наука.
„Када физичари данас рачунају особине неког новог материјала, они заправо симулирају квантне системе, али то раде неефикасно и споро на класичним рачунарима. Квантни рачунари би ове симулације обавили много већом брзином у односу на традиционалне рачунаре“, објашњава квантни физичар.
На питање колико смо далеко од комерцијалне употребе квантних рачунара, Брукнер наводи да иако тренутно постоје озбиљни практични проблеми за реализацију квантних рачунара, ништа за сада не указује да постоје икакве фундаменталне препреке за производњу квантних рачунара великих размера.
Оно што је за њега много озбиљније питање јесте шта ћемо да радимо са квантним рачунарима када их једног дана будемо имали? „Чини се да су проблеми за које данас знамо да квантни рачунари могу брже да реше од било којег класичног рачунара веома специјални и нису од интереса за сваког појединца“, примећује Брукнер.
Комерцијализација квантног света
Иако смо од комерцијализације квантних рачунара далеко, дешавања из недавне историје уче нас да понекад правимо погрешне процене. Један од омиљених примера професора Брукнера је процена Томаса Ватсона, директор ИБМ компаније, из 1943. године: „Колико је само погрешио директор ИБМ наводећи да ће постојати светско тржиште за само пет компјутера! Само пар деценија је било потребно да се уверимо у потпуно супротно!“
Европска и светска наука се крећу путем потпуне примене. Међутим, према речима бечког професора фундаментална наука се не сме занемаривати и треба је посматрати као културно благо. Намеће се питање каква је корист од фундаменталних истраживања?
„На ово питање је најбоље одговорио Фарадеј, познати физичар из 18. века, тадашњем премијеру Велике Британије Гладстону“, објашњава Брукнер. „Премијера Гладстона је интересовало какву корист ће Велика Британија имати од електрицитета. Фарадеј му је на то одговорио: једног дана моћи ћете да убирате порез од тога. И био је у праву!“, завршава Брукнер.
Истраживање фундаменталних грана науке, попут квантне механике даје основу за настајућу квантно-информатичку технологију. О томе, како ће ове технологије мењати свет, сазнаћемо у деценијама које долазе.
Награда „Марко В. Јарић“ је наша најпрестижнија награда за достигнућа у области физике и често се назива „српским Нобелом“ за физику. Додељује се се српским физичарима који се баве науком у земљи или иностранству .Ово признање носи име једног од најистакнутијих физичара српског порекла проф. др Марка В. Јарића, са циљем да се очува сећање на његово научно стваралаштво. Установљено је 1998. године, само годину дана након преране смрти нашег истакнутог научника.