Неговото откритие разреши 100-годишен дебат между Бор, Шрьодингер и Айнщайн – главните архитекти на квантовата физика. То има потенциал да промени основното ни разбиране за квантовата реалност, да провокира бъдещи изследвания и да повлияе на представата ни за природата.

Благодарение на пробива му бъдещите квантови компютри ще могат да решават задачи, които класическите компютри не могат, дори и да им се дадат милиони години. MIT го нарече „иноватор на бъдещето“, сп. Discover избра разработката му сред 50-те топ научни открития на годината за 2019, а британско издание определи пробива му като „научно земетресение“.

Той е само на 30 години, но има зад гърба си завидна кариера с много награди и значителен брой научни публикации. Той е българин и се казва Златко Минев. Запомнете името му, защото тепърва ще чуваме за него!

Златко Минев учи в София до шести клас, след което заминава за Сан Франциско, САЩ, където майка му – виден учен, е поканена да работи. Завършва престижни американски университети. Той е бакалавър по физика от Калифорнийския университет в Бъркли, бил е асистент в Станфорд, а след това е продължил образованието си в Йейл, откъдето има докторска степен. В момента Минев работи като изследовател в IBM Quantum.

През 2019 Минев публикува в сп. Nature откритие, което преобръща напълно досегашните разбирания за квантовите скокове. Той доказва, че те не само могат да бъда предвидени, но и контролирани. Именно контролът на квантовите грешки се счита за едно от основните предизвикателства пред масовото навлизане на квантовите компютри, които могат да решават проблеми с несравнимо по-голяма скорост от класическите.

За пътя до великите открития и значението им за човечеството, Златко Минев разговаря с журналист от “Economy.bg”.

Златко, от MIT Ви сравниха с Айнщайн. Какво означава за Вас това признание като българин?
 

За мен това е особено специално, тъй като именно Айнщайн издигна квантовия скок—центърът на моите изследвания—от просто една идея (предложена от Нийлс Бор) до първото правило в квантовата физика за количествена динамика.
 

И все пак, Айнщайн по-късно се противопоставя точно на това, което квантовите скокове символизират: неизбежната непредсказуемост в квантовата физика. Прието е, че никой не може да предвиди бъдещето на един атом, който ще „скочи“ от едно от дискретните си енергийни нива на друго – квантовият скок. Но Айнщайн се обяви срещу тази непредсказуемост с едно от най-известните изявления във физиката: „Бог не играе на зарове с Вселената“.

Квантовите скокове олицетворяват не само фундаментална непредсказуемост, но и фундаментална дискретност, т.е. квантизация. Това са два основни стълба на квантовия свят, които го отличават от нашия класически свят, познат ни от ежедневието.
Друг главен архитект на квантовата теория, Шрьодингер, също знаменито се противопостави на характера на квантовите скокове. Той отказва да повярва, че в квантовия свят могат да съществуват такива резки и наистина дискретни физически явления. Шрьодингер дори пише в публикация: „Ако цялото това проклето квантово скачане наистина ще се приеме да остане, ще съжалявам че съм се занимавал с квантовата теория.“


И все пак, квантовите скокове вече се наблюдават рутинно в лабораториите. Досега те изглеждаха дискретни и непредсказуеми, в съгласие с разбирането на Бор, а не на Айнщайн и Шрьодингер. Идеята за квантовите скокове не само е с нас повече от 100 години, но те станаха основен елемент на модерните квантови технологии.
 

Но резултатите от моята дисертация променят тази картина. Публикувани в статия в научното списание Nature „Да хванеш и обърнеш квантов скок по средата на полета му“ (To catch and reverse a quantum jump mid-flight), тези резултати преобръщат традиционното виждане за квантовите скокове. Квантовият скок не е рязък, дискретен, мигновен и напълно непредсказуем. Точно обратното, скокът има плавен, непрекъснат полет от едно ниво до друго, и дори степен на предсказуемост. Това дава досега-недостижимата способност да контролираме скока преди дори да се случи.

Какво е значението на Вашето откритие за обществото?
 

Nature обобщава научното значение на резултатите от дисертацията ми по следния начин „Експериментът преобръща виждането на Бор за квантовите скокове, демонстрирайки, че те притежават степен на предсказуемост и когато са завършени, са непрекъснати, съгласувани и дори детерминистични.”
 

Експериментът, който предложих и проведох в Йейлския университет, показва, че вече можем да наблюдаваме с висока разрешителна способност - в детайли - динамиката на скока по начин, който досега е бил невъзможен.
Показах, че скокът от ниско до възбудено енергийно състояние на атом може да се проследи. Той всъщност изпълнява „полет.“ Този полет е непрекъснат, плавен и дори предсказуем.
 

Да дам аналогия – квантовият скок е като изригването на вулкан. Напълно непредсказуем в дългосрочен план. Но с правилно наблюдение и проследяване можем със сигурност да открием предупреждение за предстоящо бедствие и с действията си да го предотвратим, преди да е настъпило.
 

Докато квантовите скокове изглеждат непредсказуеми и дискретни (както Бор смята) в дългосрочен план, те в действителност са непрекъснати (както предполага Шрьодингер) и аз показах, че те дори могат да притежават и степен на предсказуемост (в духа на Айнщайн) в краткосрочен план. На пръв поглед техните гледни точки са изцяло противоположни; но моят експеримент доказва че те съществуват съвместно и се допълват.

Това разрешава 100-годишен разгорещен дебат между Бор, Шрьодингер и Айнщайн – главните архитекти на квантовата физика. Резултатите ми доведоха до изненадващото заключение: И тримата едновременно грешат и са прави. Заключение в типичния стил на квантовия свят.
Предсказването на скоковете може да промени основното ни разбиране за квантовата реалност, да формира бъдещите изследвания и да повлияе на представата ни за природата.

Как Вашето откритие може да допринесе за масовото навлизане на квантовите компютри?

За да достигна до откритието, трябваше да разработя нова технология, която доведе до най-чувствителните квантови измервания. Тези измервания също така осигуряват най-висока разрешителна времева способност досега. Това е важно за осъществяване на обратна връзка и проправи път към значително подобрена технология за квантови сензори.

На тази основа сега можем да предвидим почти напълно квантов скок, преди дори да се е случил. Така отваряме вратата за коренно нов напредък за коригиране на грешките, които „объркват“ квантовите компютри. Квантовите грешки са вероятно най-голямото препятствие пред практическата употреба на квантовите компютри.

Тези компютри са много деликатни. Основните грешки са видове квантови скокове, които досега не можем да контролираме. Те се случват неизбежно, случайно, и непредвидимо. Тези грешки бързо повреждат деликатното квантово състояние на квантов бит (кюбит или qubit) – основният градивен елемент на квантовия компютър.
 

Ако можем да предвидим появата на тези грешка (квантови скокове), преди те да се случат и разпространят, бихме могли да ги прекратим. Бихме могли да ги проследим, „хванем“ и обърнем, преди да имат пагубно въздействие. В моя експеримент постигнах точно такъв контрол на скоковете в един кюбит.

Изследовател сте в IBM Quantum. В началото на 2019 IBM представи първия квантов компютър за бизнеса. В кои индустрии виждате най-големи възможности за приложение?
 

Да дам малко предистория. Първото в историята квантово изчислително устройство, което е било достъпно извън лаборатория за хората по целия свят, се появи през 2016. Този първи петкубитов чип и онлайн квантов опит бяха разработени от IBM. Само година по-късно, през 2017, IBM предложи готови за търговска употреба квантови компютри през „Облака“. Мрежата от потребители на тези квантови устройства нараства оттогава. Сега се нарича IBM Q Network. Тя включва повече от 100 организации, Fortune 500 компании, академични институции, изследователски лаборатории и стартъпи от цял свят.
 

Този месец обявихме разширяването на IBM Quantum Computation Center с 20 системи, достъпни чрез „облака“ за нашите потребители, включително осем с Quantum Volume 32 и 53-кубитна система – най-голямата налична търговска мрежа.


Организациите на IBM Q Network си сътрудничат с нас – както и една с друга, в случаи на употреба, важни за съответните индустрии. Например Daimler работи с нас по батерии, използвани в електрическите автомобили. С JPMorgan заедно тестваме алгоритми и приложения, които биха могли да оптимизират финансови портфейли. Миналата година IBM и една от водещите европейски организации за приложни изследвания, Fraunhofer-Gesellschaft, обявиха споразумение за партньорство в областта на квантовите изследвания в Германия.

Сътрудничеството цели създаването на нова общност за индустриални и приложни стратегии в областта на квантовите изчисления. Първият европейски IBM Q System One ще бъде разположен в сграда на IBM в Германия. Целта на всички тези изследвания е да се разработят приложения с квантово предимство за наука и бизнес. /Еconomy.bg

Програмата за развитие на селските райони за периода 2014-2020

Този сайт е създаден в изпълнение на Административен договор № BG06RDNP001-19.126-0003-C01/18.02.2020 г. за предоставяне на безвъзмездна финансова помощ по Програмата за развитие на селските райони за периода 2014-2020 г., съфинансирана от Европейския земеделски фонд за развитие на селските райони, по проект „Закупуване на оборудване и техника за създаване на информационен портал“. Бенефициент по проекта е „Цинт медиа“ ЕООД.

Цялата отговорност за съдържанието на сайта се носи от „Цинт медиа“ ЕООД и при никакви обстоятелства не може да се приема, че сайтът отразява официалното становище на Европейския съюз и Управляващия орган.