Ovogodišnji dobitnik „srpskog Nobela” za fiziku Časlav Brukner, direktor Instituta za kvantnu optiku i informaciju u Beču, govori o enigmatičnoj prirodi kvantnog sveta
Tekst: Ivana Horvat
Još kao student, znao je da je kvantna fizika ono čime želi da se bavi. U svom istraživačkom radu se interesovao za one probleme kvantne fizike koje do tada nije razumeo. Ova stalno prisutna težnja za novim saznanjima dovela ga je u sam vrh svetske nauke, a nedavno je postao dobitnik prestižne srpske nagrade za fizičare „Marko V. Jarić“.
Časlav Brukner rođen je u Novom Sadu. Nakon završene gimnazije usledile su studije fizike u Beogradu. Na predavanjima profesora Fedora Herbuta, prvi put se zainteresovao za kvantnu fiziku.
Časlav Brukner o nagradi „Marko V. Jarić“ za Elementarijum:
„Veoma sam srećan da mogu da budem u društvu dosadašnjih dobitnika ove nagrade. Nagrade nam omogućavaju da zastanemo na trenutak, da se osvrnemo unazad i kritički sagledamo šta smo do sada u istraživačkom radu postigli.“
Jednoglasnom odlukom žirija Fonda „Marko V. Jarić“ odlučeno je da profesor Brukner postane dobitnik ove nagrade za 2014. godinu. Kako se navodi u saopštenju žirija, otkrića Časlava Bruknera su ne samo produbila razumevanje fundamentalnih razlika između korelacija u kvantnoj i klasičnoj fizici, već su i pokazala da su kvantne korelacije ključni resurs koji omogućava obradu informacija sa efikasnošću koja prevazilazi ograničenja klasične fizike. O uspešnosti našeg naučnika najbolje govori podatak da su njegovi rezultati citirani više od 5700 puta.
Skrivene varijable kvantnog sveta
„Kvantna realnost je drugačija od realnosti na koju smo navikli u svakodnevnom iskustvu i klasičnoj fizici. U svojoj suštini, kvantna fizika istražuje fenomene koji se kose sa našom intuicijom. Među njima se ističe takozvana kvantna superpozicija, koja nam govori da čestica na izvestan način može istovremeno da se nalazi i u tački A i u tački B“, dodaje Brukner, govoreći o fizičkoj realnosti koja izmiče našem oku.
Fizička realnost kakvu poznajemo govori nam da svaka posledica ima svoj uzrok. Na primer, ako tragamo za počiniocem krivičnog dela, mi tragamo za uzrokom. Ovakve uzročno-posledične veze duboko su ukorenjene u naše razumevanje fizičke stvarnosti. Međutim, ako zaronimo malo dublje, u naizgled očiglednu fizičku realnost, ulazimo u svet u kojem ova pravila ne važe – ulazimo u svet kvantne fizike.
„U klasičnoj fizici svaka posledica ima svoj uzrok koji joj vremenski prethodi i jednoznačno je određuje. S druge strane, kvantna fizika isključuje ovakav uzročno-posledični opis i daje samo verovatnoću za pojedinačne događaje“, dodaje Brukner.
Upravo ovakav opis prirode doprineo je tome da su pojedini velikani fizike 20. veka smatrali da kvantna menahnika nije potpuna teorija. Među njima se isticao Albert Ajnštajn koji je često govorio „da se Bog ne igra kockicama“.
„Da bi kvantnu mehaniku razumeli u okvirima onoga što je intuitivno jasno, smatrali su da je ovu teoriju neophodno dopuniti takozvanim ‘skrivenim varijablama’, koje bi opisivale dublji, ‘skriveni’, nivo fizičke realnosti. Na ovaj način bi uzročno-posledični sled događaja bio uspostavljen i u kvantnom svetu“, pojašnjava Brukner.
Irski fizičar Džon Bel, s čijim rezultatima se Brukner prvi put upoznao na predavanjima profesora Herbuta tokom studija fizike u Beogradu, zadao je najteži udarac ideji skrivenih varijabli. Paradoksalno je što se njegova motivacija da radi na programu skrivenih varijabli zasnivala na tome što je verovao u njenu ispravnost. Bel je svoju teoremu razvio 1964. godine, nakon jednogodišnje pauze u CERN-u.
„Belovo veliko dostignuće je u tome što je on pokazao da ukoliko prihvatimo da ne postoji trenutno međudejstvo između dve čestice na nekom rastojanju, onda je pretpostavka o ‘skrivenim varijablama’ u suprotnosti sa predviđanjima kvantne fizike. Prema tome, čini se da u kvantnoj fizici postoji principijalna nemogućnost uzročno-posledičnog objašnjenja kvantnih događaja“, pojašnjava Brukner. „Neki događaji su prosto slučajni. A eksperimenti su potvrdili valjanost kvantne mehanike“, dodaje naš naučnik.
O tome koliko verovatnoća i slučaj postaju fundamentalni deo fizičke realnosti u kvantnom svetu, najbolje govori sledeći primer profesora Bruknera: „Ako pošaljemo foton – svetlosnu česticu – na polupropustljivo ogledalo, čestica će ili biti propuštena ili odbijena od ogledala. Kvantna fizika ne daje odgovor na pitanje koji od ova dva događaja će se realizovati za datu česticu. Ona samo određuje njihovu verovatnoću.“
Kvantni računari
Prema njegovim rečima, u vreme Belovog otkrića niko nije mogao da sluti da će ovaj rad jednog dana postati osnova za razvoj kvantne informatike. Profesor Brukner dodaje: „Ova grana nauke kojom se i sam bavim, kombinuje kvantnu fiziku i informatiku. Ona dokazuje da je obrada informacija na bazi zakona kvantne fizike efikasnija i u nekim slučajevima eksponencijalno brža nego ona koja se bazira na zakonima klasične fizike. Takođe i sigurnost komunikacije biće zagarantovana samim prirodnim zakonima.“
Časlav Brukner bavi se primenom metoda i saznanja kvantne informatike na istraživanju kauzalnosti, kao i fenomena koji za svoje objašnjenje zahtevaju primenu i kvantne fizike i gravitacije. Pored teorijskog rada, prof. Brukner sarađuje sa eksperimentalnim grupama na dizajniranju novih testova kvantne mehanike i kvantno informatičkih protokola. U saradnji sa grupom A. Cajlingera, Brukner je razvio prvi teorijski predlog za „pročišćenje“ kvantnih korelacija na bazi linearne optike. Danas je redovni profesor na Fizičkom fakultetu Univerziteta u Beču i direktor je Instituta za kvantnu optiku i kvantnu informaciju Austrijske akademije nauka.
„Kada fizičari danas računaju osobine nekog novog materijala, oni zapravo simuliraju kvantne sisteme, ali to rade neefikasno i sporo na klasičnim računarima. Kvantni računari bi ove simulacije obavili mnogo većom brzinom u odnosu na tradicionalne računare“, objašnjava kvantni fizičar.
Na pitanje koliko smo daleko od komercijalne upotrebe kvantnih računara, Brukner navodi da iako trenutno postoje ozbiljni praktični problemi za realizaciju kvantnih računara, ništa za sada ne ukazuje da postoje ikakve fundamentalne prepreke za proizvodnju kvantnih računara velikih razmera.
Ono što je za njega mnogo ozbiljnije pitanje jeste šta ćemo da radimo sa kvantnim računarima kada ih jednog dana budemo imali? „Čini se da su problemi za koje danas znamo da kvantni računari mogu brže da reše od bilo kojeg klasičnog računara veoma specijalni i nisu od interesa za svakog pojedinca“, primećuje Brukner.
Komercijalizacija kvantnog sveta
Iako smo od komercijalizacije kvantnih računara daleko, dešavanja iz nedavne istorije uče nas da ponekad pravimo pogrešne procene. Jedan od omiljenih primera profesora Bruknera je procena Tomasa Vatsona, direktor IBM kompanije, iz 1943. godine: „Koliko je samo pogrešio direktor IBM navodeći da će postojati svetsko tržište za samo pet kompjutera! Samo par decenija je bilo potrebno da se uverimo u potpuno suprotno!“
Evropska i svetska nauka se kreću putem potpune primene. Međutim, prema rečima bečkog profesora fundamentalna nauka se ne sme zanemarivati i treba je posmatrati kao kulturno blago. Nameće se pitanje kakva je korist od fundamentalnih istraživanja?
„Na ovo pitanje je najbolje odgovorio Faradej, poznati fizičar iz 18. veka, tadašnjem premijeru Velike Britanije Gladstonu“, objašnjava Brukner. „Premijera Gladstona je interesovalo kakvu korist će Velika Britanija imati od elektriciteta. Faradej mu je na to odgovorio: jednog dana moći ćete da ubirate porez od toga. I bio je u pravu!“, završava Brukner.
Istraživanje fundamentalnih grana nauke, poput kvantne mehanike daje osnovu za nastajuću kvantno-informatičku tehnologiju. O tome, kako će ove tehnologije menjati svet, saznaćemo u decenijama koje dolaze.
Nagrada „Marko V. Jarić“ je naša najprestižnija nagrada za dostignuća u oblasti fizike i često se naziva „srpskim Nobelom“ za fiziku. Dodeljuje se se srpskim fizičarima koji se bave naukom u zemlji ili inostranstvu .Ovo priznanje nosi ime jednog od najistaknutijih fizičara srpskog porekla prof. dr Marka V. Jarića, sa ciljem da se očuva sećanje na njegovo naučno stvaralaštvo. Ustanovljeno je 1998. godine, samo godinu dana nakon prerane smrti našeg istaknutog naučnika.