MAB 4/2017

Projekt:

Międzynarodowe Centrum Teorii Technologii Kwantowych

Autorzy:

Prof. Marek Żukowski i prof. Paweł Horodecki

Finansowanie:

34 996 130,00 PLN

Miejsce realizacji projektu:

Uniwersytet Gdański

Partner zagraniczny:

Instytut Optyki Kwantowej i Informatyki Kwantowej (IQOQI) Austriackiej Akademii Nauk w Wiedniu

Dziedzina:

Fizyka kwantowa, optyka, fizyka teoretyczna

Cel projektu:

Skonstruowanie urządzeń i protokołów przetwarzania informacji niemożliwych do uzyskania przy pomocy metod klasycznych dzięki mechanice kwantowej.

Opis projektu:

Oswajanie kwantów na Uniwersytecie Gdańskim

Wielkimi krokami nadchodzi druga kwantowa rewolucja. Pierwszą, która rozegrała się w XX wieku, było powstanie i rozwinięcie teorii kwantów. Dowiedziono wówczas, że prawa rządzące tymi najmniejszymi cząstkami, nazywane mechaniką kwantową, są zupełnie inne niż prawa fizyki klasycznej, dotyczące dużych obiektów. Pierwsza rewolucja pozwoliła stworzyć takie urządzenia jak tranzystory czy lasery kwantowe. Zbliżająca się druga rewolucja kwantowa oznacza powstawanie urządzeń, których działanie wykorzystuje najdziwniejsze, wręcz paradoksalne, aspekty praw mechaniki kwantowej, zjawiska klasycznie niewyobrażalne i nieopisywalne. Polską odpowiedzią na te wyzwania będzie Międzynarodowe Centrum Teorii Technologii Kwantowych.

Międzynarodowe Centrum Teorii Technologii Kwantowych to nowy ośrodek naukowy powstający na Uniwersytecie Gdańskim w ramach programu Międzynarodowe Agendy Badawcze, realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej. Jego założycielem i dyrektorem będzie prof. dr hab. Marek Żukowski, a współzałożycielem i liderem jednej z grup naukowych pracującej w jego ramach ? prof. dr hab. Paweł Horodecki.

Rodzące się technologie kwantowe będą miały różnorodne praktyczne zastosowania. Dzięki mechanice kwantowej możliwe jest konstruowanie urządzeń i protokołów przetwarzania informacji niemożliwych do uzyskania przy pomocy metod klasycznych. Są to na przykład niezawodne systemy zapewniające cyberbezpieczeństwo danych (np. kwantowa kryptografia, czyli szyfry nie do złamania), superczułe czujniki kwantowe (możliwe do zastosowania w chemii, biologii i medycynie), zegary atomowe i komputery kwantowe (z niemożliwymi klasycznie oprogramowaniem i algorytmami). Europejscy, w tym polscy naukowcy, odnieśli w ostatnich dekadach wiele znaczących sukcesów dotyczących badań podstawowych nad tymi technologiami. Znacznie gorzej wyglądała jednak komercjalizacja uzyskiwanych wyników. Teraz ma się to zmienić, a rezultaty badań nad technologiami kwantowymi mają zostać przekute na praktyczne produkty. Temu właśnie służy unijny projekt Quantum Technology Flagship, który ruszy w 2018 roku. Jego realizacja jest przewidziana na 10 lat i ma kosztować miliard euro.

?Polska ma ogromny potencjał naukowy w dziedzinie mechaniki kwantowej, jednak aby odegrać ważną rolę w programie Flagship, potrzebuje nowych placówek badawczych, skupiających się na technologiach kwantowych, dysponujących odpowiednimi funduszami i zdolnych zatrudnić najlepszych międzynarodowych specjalistów. Taką właśnie placówką będzie Międzynarodowe Centrum Teorii Technologii Kwantowych? ? stwierdza prof. Marek Żukowski. Partnerem zagranicznym, tworzonego przez niego i prof. Pawła Horodeckiego, nowego ośrodka będzie Instytut Optyki Kwantowej i Informatyki Kwantowej (IQOQI) Austriackiej Akademii Nauk w Wiedniu.

Jakie konkretnie zagadnienia będą rozwijane w Międzynarodowym Centrum Teorii Technologii Kwantowych w Gdańsku? Założyciele nowego ośrodka wymieniają m.in. ?samo-testującą się? kryptografię kwantową i absolutnie bezpieczne kody kryptograficzne, generatory liczb prawdziwie losowych, przeróżne kwantowe protokoły komunikacyjne oraz prace koncepcyjne dotyczące komputerów kwantowych i ich ?bramek logicznych?. Jeśli chodzi o komputery kwantowe, to ośrodek będzie się zajmował zarówno opracowaniem kwantowego oprogramowania (algorytmów), jak i architekturą sprzętu, czyli systemów fizycznych będących implementacją tych algorytmów. Informatyka kwantowa to młoda dyscyplina, w której ważniejsze jest opracowywanie nowych metod niż doskonalenie metod już stosowanych. Dlatego zamiast szukać potwierdzenia znanych hipotez, naukowcy chcą proponować nowe rozwiązania, protokoły i pomysły, opracowywać metody ?w locie?, a także łączyć pozornie niezwiązane ze sobą metody z różnych poddyscyplin, których nikt dotąd nie łączył.

Jak zaznaczają naukowcy, to bardzo dobry czas na tego typu ambitne inicjatywy badawcze, gdyż obecnie technologiami kwantowymi interesują się duże komercyjne przedsiębiorstwa, takie jak IBM, Google czy Microsoft. W niedługiej przyszłości badania te mogą więc przynieść ogromne korzyści gospodarcze.

Prof. dr hab. Marek Żukowski jest fizykiem kwantowym, absolwentem Wydziału Matematyki, Fizyki i Chemii Uniwersytetu Gdańskiego (UG). Od początku swojej pracy naukowej jest związany z UG (choć habilitację uzyskał na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu). Jest dyrektorem Instytutu Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki UG i jednym z redaktorów amerykańskiego czasopisma ?Physical Review?. Był profesorem wizytującym wielu zagranicznych uczelni, m.in.: Uniwersytetu w Innsbrucku, Tsinghua University w Pekinie oraz Chińskiej Akademii Nauk, a obecnie Uniwersytetu w Wiedniu. Jest członkiem Rady Narodowego Centrum Nauki. Jest laureatem wielu programów FNP: MISTRZ, TEAM, COPERNICUS. W 2013 roku otrzymał Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, uznawaną za najważniejsze wyróżnienie naukowe w naszym kraju. Jego najbardziej znana praca to artykuł w ?Physical Review Letters? (Żukowski, Zeilinger, Horne, Ekert; 1993) wprowadzający pojęcie wymiany splątania i ogólne operacyjne metody potrzebne do przeprowadzenia kwantowej teleportacji i konstrukcji wielofotonowych stanów splątanych. Inne osiągnięcia profesora to m.in. eksperymentalne wykluczenie szerokiej klasy nielokalnych teorii z ukrytymi zmiennymi (Zeilinger i in. Nature; 2007) oraz wprowadzenie nowej zasady fizyki: informacyjnej przyczynowości (Pawłowski i in. Nature; 2009).

Prof. dr hab. Paweł  Horodecki jest fizykiem kwantowym, absolwentem Wydziału Matematyki i Fizyki Uniwersytetu Gdańskiego. Doktorat (z wyróżnieniem) uzyskał na Politechnice Gdańskiej, a habilitację na Uniwersytecie Gdańskim. Obecnie pracuje w Katedrze Fizyki Teoretycznej i Informatyki Kwantowej Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechniki Gdańskiej. Członek Rady Krajowego Centrum Informatyki Kwantowej, którego był współtwórcą. Jest jednym z twórców kryterium Horodeckich (1996) pozwalającego stwierdzić, czy dany stan kwantowy jest splątany (artykuł zawierający ten wynik jest najliczniej cytowaną oryginalną pracą naukową w całej historii UG). Jest też jednym z odkrywców tzw. splątania związanego (Physical Review Letters; 1998), a także wielu podstawowych praw informacji kwantowej. Laureat programu START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, zespołowej nagrody im. Rubinowicza Polskiego Towarzystwa Fizycznego oraz szeregu Nagród Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

 

Cofnij