Naujienų archyvas

Kelionė į kvantinį pasaulį

Lapkričio 11 d. Lietuvos mokslų akademijos (LMA) skyriaus „Mokslininkų rūmai“ organizuojamo ciklo „Mokslo žinių dienos“ renginys vyko Vilniaus Tuskulėnų gimnazijoje. Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) mokslininkė dr. Mažena Mackoit-Sinkevičienė vyresniųjų klasių gimnazistams skaitė paskaitą „Kelionė į kvantinį pasaulį: kaip veikia kvantiniai kompiuteriai?“. Paskaita prasidėjo nuo pagrindinių terminų, su kuriais visi susiduriame sekdami mokslo naujienas, aptarimo. Lektorė supažindino klausytojus su visiškai nepanašios į klasikinę fiziką kvantinės mechanikos pagrindais. Nors šis kursas dėstoma tik universitete, per šią paskaitą moksleiviai išmoko pagrindinę žinutę: kvantinės technologijos veikia pagal kvantinės mechanikos dėsnius, kurie pasireiškia subatominiu lygmeniu. Mokslininkė pabrėžė pagrindinius kvantinės mechanikos ypatumus: negalime taikyti klasikinės mechanikos Niutono dėsnių itin mažų ir lengvų dalelių sąveikoms aprašyti; šios dalelės elgiasi ir kaip dalelės, ir kaip bangos tuo pačiu metu; materija mažiausiu mastu nėra tęstinė, o diskreti. Dalelių banginė funkcija yra tikimybinė, tai ir kvantinė fizika yra tikimybinis mokslas, todėl elektronams ir kitoms dalelėms (protonams, kvarkams, gliuonams ir t. t.) nebūdingos tikslios koordinatės ir apibrėžta trajektorija. Moksleiviams taip pat papasakota apie garsųjį Alberto Einšteino (Albert Einstein), Boriso Podolskio (Boris Podolsky) ir Natano Rouzeno (Nathan Rosen) paradoksą ir sėkmingą Aleno Aspė (Alain Aspect) eksperimentą, kurio rezultatas leido patvirtinti kvantinį supynimą.

Paskaitos klausytojams lektorė pateikė keletą viktoriną primenančių klausimų – moksleiviai keldami rankas turėjo atspėti, kuris iš toje srityje dirbusių garsių fizikų padarė vieną ar kitą atradimą, kur Lietuvoje yra tiksliausiai laiką rodantys laikrodžiai (cezio atominiai laikrodžiai FTMC Laiko ir dažnio etalono laboratorijoje, vienintelėje tikslaus laiko laboratorijoje Baltijos šalyse, atkuriančioje ir palaikančioje realius fizinius laiko signalus). Moksleiviai sužinojo, kad jie kasdien jau naudojasi dalykais, kurių veikimas pagrįstas kvantine fizika. Tai yra bet kuris mūsų kompiuteris, bet kuris IT elementas, DVD ar blu-ray grotuvai, GPS sistema ir t. t. Visi šie prietaisai, įrenginiai remiasi mūsų suvokimu, žiniomis apie kvantinę mechaniką. Lazeriai leido pagreitinti komunikaciją, skenuoti brūkšninius kodus, atlikti branduolių sintezę, tikslius matavimus. Naudojant lazerius ir kvantinės fizikos žinias atsiveria galimybės padaryti efektyvesne fotosintezę. Šiandien magnetinio rezonanso aparatai stovi beveik visose ligoninėse. Didelio tankio kietieji diskai, kurie išnaudoja gigantišką magnetovaržą, leidžia saugoti tankiai suglaudintą informaciją. Bene plačiausiai yra taikoma Nobelio premija įvertinta CCD vaizdų kamera. Ji jau tapo pagrindiniu įrankiu kiekvienoje telefono kameroje, kurioje šviesa užfiksuojama elektroniniu būdu (o ne fotojuostoje, kaip buvo iki šiol). Paskaitoje taip pat buvo parodyta, kad FTMC mokslininkai, taikydami kvantinės fizikos žinias, moka užauginti reikalingus kvantinius puslaidininkinius darinius, tyrinėti jų savybes, kurios yra svarbios optoelektronikos prietaisams kurti.

Dr. Mažena Mackoit-Sinkevičienė

Dr. M. Mackoit-Sinkevičienė pateikė klasikinio ir kvantinio kompiuterių palyginimą: pirmajame jų naudojami tranzistoriai, o kvantiniame – dalelės (elektronai, jonai, atomai ir t. t.), kurių sukiniai lemia, ar turime nulį, ar vienetą, ar pastarųjų superpoziciją – būseną, vadinamą kubitu. Moksleiviai išgirdo, kokiems kompleksiniams uždaviniams spręsti gali būti naudojami kvantiniai kompiuteriai, primenantys didelius šaldytuvus (pvz., IBM ir Google kvantiniai kompiuteriai).

Paskaitą lektorė baigė lyriškai – Ričardo Fainmeno (Richard Feynman), vieno iškiliausių dvidešimtojo amžiaus fizikų, grakščios ir poetiškos prozos ištrauka: „Iš lopšio link sausumos... stovi nūnai... atomai su sąmone... medžiaga su smalsumu. Stovi prie jūros... žavisi žavėjimusi... tai aš... atomų visata... atomas visatoje.“ (iš 1955 m. R. Fainmeno straipsnio „Mokslo vertė“/„The value of Science“, vertimas M. Mackoit-Sinkevičienės). 

Parengė dr. Mažena Mackoit-Sinkevičienė ir LMA skyriaus „Mokslininkų rūmai“ vyr. specialistė Diana Lekevičienė