Augsta līmeņa zinātniskās publikācijas un jaunas iespējas studentiem – noslēdzies projekts “Kvantu tehnoloģiju iniciatīva”

Viens no būtiskākajiem projekta sasniegtajiem rādītājiem ir 53 augsta līmeņa zinātniskās publikācijas Web of Science un Scopus indeksētos izdevumos Latvijas prioritārajos kvantu tehnoloģiju virzienos – kvantu skaitļošanā un algoritmos, kvantu sensoros un ierīcēs un kvantu komunikācijā.  

Kvantu skaitļošana un algoritmi 

Spēcīgākais un starptautiski atpazīstamākais Latvijas virziens ir kvantu skaitļošana un kvantu algoritmi – Latvijas pētnieki ir vieni no pasaules līderiem kvantu algoritmu izstrādē lielu datu apjomu meklēšanai, plānošanai un loģistikas uzdevumiem, kā arī vispārīgu skaitļošanas metožu radīšanā, kas pielietojamas ļoti dažādās jomās no kiberdrošības līdz attēlu apstrādei. Šajā virzienā īpaši izceļami prof. Andra Ambaiņa un prof. Aleksandra Belova sasniegumi, kuru darbs ir nostiprinājis Latvijas starptautisko reputāciju kvantu datorzinātnē. Izcilību kvantu algoritmos apliecina arī vairāk nekā 25 publikācijas pasaules vadošajās teorētiskās datorzinātnes konferencēs STOC un FOCS un Latvijas zinātnieku līdzdalība Eiropas kvantu zinātnes stratēģijas veidošanā. Projekta laikā izstrādātas jaunas skaitļošanas metodes kvantu datoriem, īpašu uzmanību pievēršot šobrīd pasaulē ļoti svarīgajam mākslīgā intelekta virzienam. Tuvākajā laikā tiks uzsākta algoritmu izmēģināšana uz Eiropas EuroHPC iniciatīvas ietvaros iegādātā kvantu datora Polijā, kurš pieejams caur attālinātu piekļuvi. Būtiski atzīmēt, ka LU vada trīs Eiropas zinātnieku sadarbības programmas QuantERA projektus, ierindojot Latviju pirmajā vietā Eiropā pēc QuantERA projektu koordinatoru skaita attiecībā pret IKP.  

Nanoelektronika un vienelektrona kvantu tehnoloģijas 

Nozīmīgs Latvijas akadēmiskās izcilības virziens ir kvantu nanoelektronika, ko LU attīsta prof. Vjačeslava Kaščejeva vadītā Nanoelektronikas teorijas grupa. Grupa pēta vienelektrona kvantu tehnoloģijas – sistēmas, kurās atsevišķu elektronu lādiņš un kvantu viļņu daba tiek kontrolēta “pa vienam”, radot pamatu precīzai kvantu metroloģijai, kvantu sensoriem un nākotnes kvantu skaitļošanas komponentēm. Grupa vairāk nekā desmit gadus ir viens no būtiskiem Eiropas kvantu metroloģijas pētniecības partneriem un izstrādā kvantu ierīču matemātiskos un datormodeļus, kas palīdz saprast reālu eksperimentu darbību un noteikt nākamos soļus ierīču uzlabošanā. Šī virziena starptautisko redzamību apliecina arī 2025. gada publikācija prestižajā žurnālā Nature, kurā parādītas kolektīvas korelācijas dažu elektronu “pilienos” pusvadītāju ierīcē – rezultāts ar nozīmi gan fundamentālai kvantu daudzu daļiņu fizikai, gan nākotnes ballistisko elektronu kvantu skaitļošanas platformai. 

Kvantu fotonika un komunikācija 

Kvantu fotonikas un kvantu materiālu jomā būtisku zinātnisko ieguldījumu sniedz LU CFI zinātnieki, kas nostiprinājuši Latviju kā starptautisku partneri integrētās kvantu fotonikas un vienfotonu avotu pētniecībā. Institūts nodrošina materiālu izstrādi, mikro un nanostruktūru veidošanu, optisko un elektrisko mērījumu veikšanu, kā arī ierīču raksturošanu, šīs kompetences palīdz attīstīt Latvijas prioritārajiem virzieniem – kvantu sakariem, kvantu sensoriem, integrētajai fotonikai, nanoelektronikai un nākotnes kvantu aparatūras platformām. Savukārt kvantu komunikācijas attīstībā īpaša nozīme ir RTU augsta līmeņa kompetencei telekomunikāciju jomā – RTU Fotonikas, elektronikas un elektronisko sakaru institūtā ir izveidota un aktīvi strādā Kvantu tīklu un tehnoloģiju akadēmiskā grupa, kas attīsta kvantu tīklu un tehnoloģiju lietojumu telekomunikācijās, kvantu skaitļošanas un sensoru, valsts sektora, finanšu u.c. nozarēs, zinātniski atbalstot tādu pakalpojumu pieejas realizāciju lielā attālumā kā uzlaboti QKD protokoli datu uzglabāšanas un pārraides drošībai, jauni autentifikācijas un personas apstiprināšanas veidi, sadalītā kvantu skaitļošana, izkliedēti kvantu sensoru tīkli. RTU kopā ar LU vada Latvijas Mikročipu kompetences centru, kurā tiek attīstītas kompetences silīcija fotonikā, mikroshēmu projektēšanā, optoelektroniskos mērījumos un substrāta līmeņa testēšanā. Šī infrastruktūra veido pamatu ne tikai pētniecībai, bet arī jaunas paaudzes kvantu ierīču, fotonikas čipu un ar tiem saistīto tehnoloģiju attīstībai Latvijā. 

Kvantu sensori 

Perspektīvs Latvijas akadēmiskās pētniecības virziens ir kvantu sensori, kuros nozīmīgas kompetences attīsta LU Lāzeru centrs, nodrošinot spēcīgu fundamentālās un eksperimentālās fizikas bāzi, pētot atomu, molekulu un krāsu centru defektu dimanta kristālos kvantu stāvokļu manipulācijas, nelineārus magnetooptiskos efektus atomos, tumšās un gaišās rezonanses, enerģētisko līmeņu krustošanos, kā arī elektriskā un magnētiskā lauka kartēšanu un attēlošanu ar optiskām metodēm. Šīs kompetences ir būtiskas precīzu magnētiskā lauka mērīšanas ierīču attīstībai, kuru pielietojumi var sniegties no fundamentālās zinātnes līdz kosmiskajām misijām, ko apliecina arī LU Lāzeru centra iesaiste Eiropas kosmosa aģentūras (ESA) un Eiropas Aizsardzības fonda (EDF) projektos. Lāzeru centrs ir izstrādājis augstas jutības un telpiskās izšķirtspējas magnētiskā  lauka kvantu sensoru prototipus ģeomagnētiskā lauka kartēšanai un bez-GNSS navigācijai. 

Jaunas studiju iespējas 

Veicinot jauno speciālistu sagatavošanu nākotnes tehnoloģiju jomās, izstrādāti četri studiju moduļi, kas studentiem un nozares speciālistiem ir pieejami gan LU, gan RTU. Modulis "Kvantu skaitļošanas pamati" izveidots LU bakalaura studiju programmā “Datorzinātnes” un  sniedz pamatzināšanas par kvantu datoriem, to programmēšanu un kvantu un pēckvantu šifrēšanu, modulī ir pieci studiju kursi. Studentiem ir iespēja darboties ar iniciatīvas ietvaros iegādāto “SpinQ” kvantu datoru un citiem attālināti pieejamiem kvantu datoriem.  

Sešu studiju kursu moduli "Kvantu algoritmi un programmēšana" iespējams apgūt LU datorzinātņu maģistra programmā. Modulis dod dziļākas zināšanas par kvantu datoriem un šifrēšanu, pēc moduļa apgūšanas jaunie speciālisti var veikt sarežģītākus tehniskus uzdevumus, iesaistīties pētniecībā un vadīt pēckvantu kriptogrāfijas ieviešanu, detalizēti salīdzinot dažādus risinājumus.  

Studiju modulis "Kvantu tehnoloģiju fizika", ko veido trīs kursi, pieejams LU fizikas maģistra studiju programmā. Modulis izglīto speciālistus kvantu ierīču izveidē darbam akadēmiskajā vidē vai ar kvantu tehnoloģijām saistītos jaunuzņēmumos.  

Savukārt RTU maģistra studiju programmas “Telekomunikāciju tehnoloģijas un tīklu pārvaldība” ietvaros iespējams apgūt moduli "Kvantu sakaru tehnoloģijas", ko veido divi studiju kursi. Modulis sagatavo telekomunikāciju inženierus, kas var veikt kvantu šifrēšanas un komunikācijas ierīču ieviešanu un attīstību.  

Kopā izstrādātos studiju moduļus apguvuši vairāk nekā 250 studenti un nozares speciālisti. Izstrādātie studiju kursi kļuva par pamatu LU iesaistei Eiropas Kvantu akadēmijā – Eiropas līmeņa projektā, kurā LU zinātnieki koordinēs kvantu izglītību visās trīs Baltijas valstīs. Tāpat projektā būtiska bija arī jauno pasniedzēju sagatavošana, kopumā piepulcējot docētāju saimei vēl 12 jaunos mācībspēkus.   

Starptautiskā sadarbība 

Viena no Latvijas kvantu iniciatīvas misijām bija pavērt Latvijas zinātniekam plašākas starptautiskās sadarbības iespējas, tāpēc Latvijas valdības pievienošanās Eiropas kvantu deklarācijai ir apliecinājums piederībai tehnoloģiski un ekonomiski attīstītāko valstu kopai kvantu tehnoloģiju nozarē un iespēja Latvijas zinātniekiem sniegt būtisku ieguldījumu ne tikai Latvijas, bet arī Eiropas kopējai labklājībai. Savukārt iesaistīšanās Eiropas kvantu interneta aliansē ir iespēja piedalīties nākamās paaudzes kvantu sakaru ierīču izstrādē Eiropas līmenī. Lai veicinātu gan savstarpējo, gan sadarbību ar ārzemju pētniekiem, iniciatīvas partneri regulāri organizēja ārzemju vieslektoru un dažādu zinātnisko delegāciju vizītes, kopumā sarīkojot 12 kolokvijus ar ārzemju viesu lekcijām.  

Nozīmīgs apliecinājums Latvijas pētnieku starptautiskajai atpazīstamībai un ieguldītajam darbam ir 29. ikgadējās kvantu informācijas apstrādes konferences “Quantum Information Processing Conference – QIP” norise Rīgā 2026. gada janvārī. Konference nedēļas garumā pulcēja vairāk nekā 900 pasaules izcilākos pētniekus un tehnoloģiju uzņēmumu pārstāvjus, lai diskutētu par jaunākajiem sasniegumiem kvantu skaitļošanā, kriptogrāfijā, informācijas teorijā, matemātikā un fizikā.  

Turpmākā attīstība un finansējums 

Pētniecības infrastruktūras uzlabošanai projekta ietvaros iegādāts atšķaidīšanas tipa kriostats, ar kura palīdzību būs iespējams atdzesēt hēliju un sasniegt pietiekami zemu temperatūru, lai varētu novērot nanoelektronikas ierīču kvantu īpašības. Šī iekārta tiks izmantota jaunu materiālu kvantu īpašību un nanoelektronikas ierīču fundamentālos pētījumos. 

Projekts “Kvantu tehnoloģiju iniciatīva” bija iespēja attīstīt jau esošās kompetences kvantu tehnoloģijās, lai iegūtu finansējumu arī turpmākajām aktivitātēm. Tālākai attīstībai iniciatīvas partneri piesaistījuši finansējums 7,14 miljonu eiro apjomā, tostarp no dažādām Eiropas Savienības programmām un fondiem, ERANET programmas QuantERA, Latvijas Zinātnes padomes Fundamentālo un lietišķo pētījumu programmas, ka arī privātā finansējuma no  līgumpētījumiem un ziedojumiem. Turpinot attīstīties, Latvijas Universitātes Eksakto zinātņu un tehnoloģiju fakultātē izveidots Kvantu izcilības un kompetenču centrs, kurš turpinās attīstīt Latvijas kvantu iniciatīvas rezultātus. 

Projektu “Kvantu tehnoloģiju iniciatīva” (projekta numurs: Nr. 2.3.1.1.i.0/1/22/I/CFLA/001) finansēja Eiropas Savienības Atveseļošanas fonds un valsts budžets.