Ștefan Ataman: Mecanica cuantică, cea pe care o știm astăzi, ”mecanica cuantică matură”, a fost o revoluție de o amploare științifică nemai văzută!
10 Februarie 2025, 11:29
Săptămâna trecută (4-5 februarie a.c.), la sediul UNESCO din Paris a avut loc ceremonia de deschidere a Anului International al Tehnologiilor Cuantice – 2025 este Anul International al Tehnologiilor Cuantice, decretat așa de UNESCO, în 2024, în urma unei campanii inițiată de Societătile Americană și Germană de Fizică în 2021 – iar anul (2025) a fost ales pentru că în 2025 se implinesc 100 de ani de la câteva dintre descoperirile majore din mecanica cuantică, incluzând aici și contributiile lui Werner Heisenberg în domeniul cuantic (https://physicsworld.com/a/
Despre tehnolologii cuantice, comunicații, calcul, simulari cuantice, metrologie și senzori cuantici dar și despre apariția și evoluția domeniului am discutat, la Știința 360, cu Ștefan Ataman, dr.ing, cercetător științific gradul II în Deparatmentul Experimentelor Laser – Gamma (Laser Gamma Experiments Department, https://www.eli-np.ro/rd5.php) de la ELI-NP de la Măgurele ((https://www.eli-np.ro/).
Domeniul său de activitate este fizica teoretică - optică si electrodinamică cuantică iar cercetările sale permit estimarea parametrilor care influențează evoluția sistemelor cuantice, cum ar fi laserele utilizate în interferometrie.
Ștefan Ataman are un doctorat în domeniul prelucrării semnalului (Université Paris XI (Paris-Sud), Franța, 2004) și este laureat al Premiului „Ștefan Procopiu” al Academiei Române pentru anul 2022, premiu acordat de Secția ȘTIINȚE FIZICE pentru ”Contribuții la teoria informației cuantice” în data de 4 decembrie 2024 (https://acad.ro/institutia/
Tehnologiile cuantice nu pot fi explicate altfel decât cuantic. Un calculator cuantic, de exemplu, nu poți să-l tratezi prin ce astăzi numim computer science. Pentru că principiul de funcționare este radical diferit. Să începem cu unitatea cea mai simplă de informație, bit-ul. Cu toții știm, este 0 sau 1, nu există dubii. Puterea calculatorului cuantic rezidă în faptul că acel bit, care devine qubit, quantum bit, este în același timp 0 și 1. Puțin ca Pisica lui Schrödinger, care este în același timp vie și moartă (...), este simultan 0 și 1 și evoluează în timp ca 0 și 1. (..) Avantajul apare când am mai mulți qubits, pentru că, pe măsură ce adaug qubits, eu pot să explorez tot mai multe problem, explică Ștefan Ataman.
Tehnologii cuantice sunt o evoluție destul de recentă. (…) Ideile vin cam din anii 80-90, cam atunci s-au propus algoritmii pe care știm astăzi sau cum comunicăm cuantic astăzi, dar tehnologia nu exista. Și, pe măsură ce am avansat tehnologic, au început să apară și aplicații. (…) Prin comunicații cuantice trebuie să înțelegem criptare cuantică, adică noi nu criptăm cuantic toate comunicațiile, doar cheia cu care criptăm este cuantică. De exemplu, Alice și Bob, să folosesc termenii standard în știință, doresc să comunice. Câtă vreme ei au un cod de criptare pe care doar ei îl cunosc, lucrurile sunt clare. Își pot cripta un mesaj, îl trimit pe un canal public și nu e nicio problemă. Întrebarea este cum să reușești să ai un cod cu care vei cripta și la Alice și la Bob și pe care să-l generezi local. Și asta a fost rezolvată de doi cercetători în 1984. Protocolul se numește BB84, în care practic folosești niște biți cuantici, niște fotoni pe care îi codezi astfel încât la detecție tu să nu știi în ce bază au fost codat. Și aici folosesc un principiu al mecanicii cuantice, care spune că dacă faci o măsurare, tu vei altera starea. Deci dacă cineva încearcă să intercepteze comunicația lor, Alice și Bob (…) își dau seama imediat că cineva le-a alterat comunicația. De ce? Le explodează rata de eroare de la 0 la 25%. Și își dau seama că, imediat, (9:59) cineva a intervenit acolo.(10:01) Și ăsta e un principiu fundamental al mecanicii cuantice. Nu ai cum să măsori o stare necunoscută fără să o modifici.
Și desi încă nu avem calculatoarele cuantice, așa cum ni le imaginăm noi, calculatoarele cuantice au crescut foarte mult ca număr de cubiți și evoluția a fost, într-adevăr, impresionantă în ultimii 10 ani. Problema este că acești qubiți sunt zgomotoși, ca să zic așa, adică nu sunt aia ideali și atunci ai nevoie de foarte multe coduri corectoare cuantice care îți mănâncă practic din resurse. Și încă nu suntem acolo în a putea să avem un calculator cuantic de câteva milioane de cubiți care devine, într-adevăr, o armă. Pe moment suntem la mii de qubiți, poate un pic mai mult. Deci putem să facem deja niște lucruri interesante, dar suntem departe de a folosi algoritmul ușor pentru a sparge coduri.
Ne putem gândi la un Internet total cuantic?
Nu are rost să te gândești la un internet total cuantic, mai ales că aceste echipamente sunt scumpe. (…) Și fibra optică trebuie să fie dark (…)Deci nu este o comunicație care este așa pentru oricine. Are rost dacă ești un guvern, are rost dacă ești o bursă care vrea să comunice securizat cu o altă bursă(…). Iarăși, când siguranța este criteriul numărul unu, atunci are sens să vorbești. Date medicale, de exemplu. Și de altfel este o aplicație în Germania, sunt niște spitale care deja așa comunică așa datele pacienților. Și nu doar din perspectiva vitezei, ci și pentru că sunt securizate.Pentru că siguranța este numărul unu.
Simulările cuantice par să fie, de asemenea, o direcție de viitor.
Sunt tot felul de alte probleme legate de medicină, care sunt, în general, probleme care sunt greu de rezolvat în chimie, materiale, știința materialelor. Sau cosmologie, spațiu. De exemplu, D-Wave a fost folosit de NASA pentru a calcula traiectorii, pentru că are niște probleme de optimizare destul de bune și e foarte bun un simulator pe așa ceva să-ți găsească un minim, de exemplu, mai spune Ștefan Ataman.
Cât despre ce va fi?...
Când a apărut World Wide Web-ul la CERN, nimeni nu se gândea, în afară de fizicieni, că e nevoie de acest sistem de comunicare. (…) Prin urmare, este posibil ca mâine să apare un killer app, exact cum Shor, în 1994, a pus pe toată lumea în cap cu algoritmul lui și toți au zis că avem o problem, să apară un nou Shor și care să vină cu ceva la ce nici nu ne gândim astăzi . Ceea ce cu siguranță ar însemna un nou boost și o să vedem o dezvoltare și mai rapidă a câmpului(..) Într-un fel m-aș bucura să apară o aplicație, dar aș vrea să văd o aplicație care aduce un fel de bine global societății, care ne ajută la ceva ce ar fi benefic tuturor.
