Kvantu tehnoloģiju joma ir ļoti perspektīvs virziens investīcijām

Jēdziens “kvantu fizika” ir tik plašs, ka vispirms pastāsti, lūdzu, par kādām konkrētām sfērām vispār ir runa.

Sfēru ir tiešām daudz, tomēr tās sakārtojas loģiskā struktūrā. Šo struktūru savukārt ietekmē tas, ka – pārveidojot klasiķa teicienu – šoreiz ir tā, ka gan “apakša” ir nobriedusi, gan “augša” ir gatava. Ar “augšu” šajā kontekstā es saprotu Eiropas Savienības stratēģiju kvantu jomā. Šī stratēģija savukārt strukturējas trijos maģistrālajos virzienos, kuri ir pārstāvēti arī Latvijā. Iniciatīva ir iecerēta kā atvērta partnerība, lai cilvēki, kuri Latvijā ir sevi apliecinājuši kvantu jomā, darbotos saskaņoti. Partnerībai, tēlaini izsakoties, ir trīs pīlāri. Kvantu skaitļošana, tās programmatūras daļa. Kvantu ierīču daļa – “dzelži”, kuru darbībā izšķirošu lomu spēlē kvantu efekti. Trešais pīlārs ir kompetence kvantu komunikācijās – gan teorētiskā daļa, piemēram, kvantu kriptogrāfijas protokoli un tas, kā šie papildu drošības instrumenti integrējami sakaru sistēmās, gan ļoti praktiski aspekti, piemēram, kvantu komunikācijas iekārtu darbināšana.

Tātad pašmāju vēlmi ciešāk sadarboties noteica tieši Eiropas Savienības stratēģija?

Es domāju, ka kvantu tehnoloģiju joma ir ļoti perspektīvs virziens investīcijām, ko ļoti labi apzinās gan Eiropas Komisijā, gan Eiropas Savienības dalībvalstis. Iniciatīvas šajā jomā ir nodefinētas gan lielajās, gan mazajās dalībvalstīs, un var teikt, ka Latvija iet kopsolī ar lielajām dalībvalstīm un varbūt nedaudz pa priekšu citām mazajām. Skaidrs, ka atbilde uz jautājumu par to, kāda ir pievienotā vērtība šādai iniciatīvai nacionālajā līmenī, dažādās dalībvalstīs būs atšķirīga. Mūsu individuālais “stāsts” ir pētniecības izcilības kultūras veicināšana, mūsu pētniecības kadru ataudze, kā arī ambīcijā investēt specifiski atrastās nišās, kur, attīstot jau esošo, mēs varam sasniegt kaut ko kvalitatīvu jaunu.

Un kas šādas nišas ir?

Piemēram, zemo temperatūru elektronikas un fotonikas ierīces, kuras neizbēgami ir kvantiskas, jo tieši zemā temperatūrā kvantu īpašības, ja tā var teikt, atsedzas. Ir pasaules līmeņa pētniecība Latvijas Universitātes Ķīmiskās fizikas institūtā – institūta cilvēku veidotie topoloģiskie materiāli un ierīces ir frontes priekšējā līnijā. Te es gribētu pieminēt Guntu Kunakovu – gados jaunu, izcilu pētnieci, kura atgriezusies Latvijā. Otra “sala” ir vismodernākās nanoierīču ražošanas iekārtas un tīrtelpas, kas izbūvētas Cietvielu fizikas institūtā. Pagaidām nedaudz pietrūkstošā sadaļa ir zemo temperatūru iekārtu zinātība. Labā ziņa ir tā, ka to mēs varam mācīties, ja vēlies, importēt, pateicoties mūsu atpazīstamībai zemo temperatūru kvantu un nano teorijā.

Kas ir “zinātība”?

Lietojot anglisko variantu, tas ir “know-how”.

Nākamais naivais jautājums – ko nozīmē apskatāmās tēmas kontekstā “sadarbība”? Mēs esam maza valsts ar ierobežotu pētnieku skaitu. Kāpēc tad jūs līdz šim “nesadarbojaties”?

Lai varētu efektīvi sadarboties, ir nepieciešams veikt dažus mājas darbus. Ja runā pavisam praktiski, tad – labi, mums ir vienots zinātniskais mērķis, materiāli tiek sintezēti Ķīmiskās fizikas institūtā, ierīces tiek būvētas Cietvielu fizikas institūtā, tālāk ierīce tiek mērīta tur, kur tam ir vispiemērotākā aparatūra. Mēs to lietojam kopīgi, nevis katrs, vienkāršoti izsakoties, būvē visu nepieciešamo ap savu ierīci. Būvēšana notiek ap zinātniskajiem mērķiem. Gala iznākums, uz kuru tiekties, – maksimāli daudz izcilu kopprojektu pieteikumu. Lai cilvēki iemācītos strādāt kopā, atrodot katrs savas spēcīgākās puses. Piemēram, iepriekš pieminētais trešais pīlārs – kvantu komunikācijas – jau lielā mērā balstās veiksmīgā sadarbībā starp Latvijas Universitātes Atomfizikas un spektroskopijas institūtu pētniekiem profesora Jāņa Aļņa vadībā, un Rīgas Tehniskās universitātes Elektronikas un telekomunikāciju fakultātes speciālistiem profesora Jurģa Poriņa vadībā. Viens no šīs sadarbības rezultātiem – nesen fiksēts pasaules rekords klasisko datu pārraidē, izmantojot optiskā signāla modulāciju. Tas ir ļoti būtisks pielietojamās zinātnes sasniegums, turklāt plānos jau ir nākamie soļi uzlabojumu virzienā. Šajā kontekstā minamas ambīcijas nodemonstrēt kvantu sakarus saistībā ar optisko šķiedru – būt pirmajiem pasaulē, kas šādu sakaru veidu nodrošina un nodemonstrē.

Un ko mēs ar šo skaistumu varam darīt? Man atmiņā ir ziņas par eksperimentiem Ķīnā, bet ne tikai, kur parasti tiek minēts attālums, kāds sasniegts informācijas nodošanā. Attālums – to pat es saprotu. Tu, šķiet, runā par kaut ko citu.

Tu pareizi saki – attālums ir kritērijs, ko visvieglāk nomērīt neatkarīgi no tehnoloģijas. Un tad sacensties (smejas). Paskatīsimies citādi. Tātad mums ir divi iespējamie kanāli. Pirmais – atmosfēra, kur var līt lietus un tā tālāk, vide, kurā ir savi ieguvumi un savi izaicinājumi. Otrais – komercializēta un praktiski pieejama tehnoloģija, ko mums jāiemācās piedāvāt Latvijā, kvantu signālu sūta pa optisko šķiedru. Te svarīgi piebilst, ka telpiskās blīvēšanas izcilība ir izmantot to infrastruktūru, kas tev jau ir, maksimāli efektīvi. Šajā aspektā kompetence, kas ir Rīgas Tehniskajā universitātē, ļoti labi papildina kompetenci, kas ir Latvijas Universitātes Matemātikas un informātikas institūtā, kur jau eksperimentē ar kvantu sakaru iekārtām (pirms gada ziņu virsrakstos bija pamanāms eksperiments, ko viņi veica sadarbībā ar LMT). Tāpat būtiski, lai visi šie centieni nodrošinātu, ka mēs esam saderīgi ar to, ko kvantu komunikācijas jomā dara citās dalībvalstīs.

Vai šīm darbībām ir kāds “laika rāmis”?

Es varu runāt par savu personīgo skatījumu – manuprāt, laika ierāmējumam jābūt atvērtam. Parasti laikā terminēts ir finansējums, kas saistīts ar konkrētiem projektiem un programmām, šobrīd starta kapitāls ir finansējums no Eiropas Savienības Atveseļošanas fonda. Tam laika rāmis ir četri gadi. Mēs uzskatām, ka šis finansējums primāri jāvērš uz cilvēkkapitāla attīstīšanu, tāpat uzskatāmi demonstrējot iestrādes, kas jau vēlāk ļauj konkurēt izcilības sacensībā.

Mēs parunājām par “šķiedru”, kas, cik saprotu, ir trešais pīlārs. Pastāsti arī par pārējiem diviem.

Iniciatīvas kontaktpunkts ir profesora Andra Ambaiņa vadītais Latvijas Universitātes Kvantu datorzinātnes centrs. Te izaugsmes un attīstības virziens ir ļoti liels industrijas pieprasījums, ko mēs vienkāršoti varētu formulēt tā: vai manam uzņēmumam būs kāds labums no kvantu skaitļošanas tādā stadijā, kādā tā ir? Šajā jomā visā pasaulē tiek investēti ļoti lieli līdzekļi, un arī centrs ir sācis jau otru projektu sadarbībā ar starptautisko koncernu “Accenture”. Mums ir ļoti labas starta pozīcijas tēmā, kur kvantu skaitļošanas zinātniskie aspekti satiekas ar biznesa reālajām vajadzībām.

Un nu klāt nākamais savā naivumā apstulbinošs jautājums. Tu man pasaki, kas tie vispār ir tik milzīgi datu apjomi, kuru apstrādei ir nepieciešama kvantu skaitļošana? Vienīgais, kas man nāk prātā, ir klimats un atomsprādzienu modelēšana.

Vai atceries pandēmijas posmu, kad cilvēki pasūtīja pārtikas pievešanu mājās? Ja tu vēlies, lai visas tavas kā uzņēmuma mašīnas pārvietojas maksimāli piepildītas, lai jauda tiek izmantota maksimāli lietderīgi, tad tev ir jāsaskaras ar ļoti lielu datu apjomu. Cits piemērs – aviosatiksmes organizēšana. Pat tik banāli – lai mazāk jāmaksā par lidmašīnu apkalpju izmitināšanu viesnīcās, lai netiktu velti tērēta degviela. Katrā biznesā šie optimizācijas uzdevumi, protams, atšķiras, tomēr skaidrs arī: jo lielāks bizness, jo lielākas potenciālās ietaupīšanas iespējas. Kvantu algoritms pietiekamā vispārīgumā ir attiecināms uz ļoti specifiskiem uzdevumiem – ja vēlies, šādi izpaužas matemātikas spēks un skaistums.

Citiem vārdiem sakot, nav tā, ka kvantu skaitļošanas lietošana biznesa optimizācijā ir pārāk skaista un dārga instrumenta lietošana uzdevumiem, kur pietiktu ar ne tik skaistu un lētāku?

(Gara pauze.) Es negribu aizskart tevi personīgi, bet mēs esam pārāk izlutināti, kā pašsaprotamu uztverot tehnoloģijas, ko mēs lietojam ikdienā un kas parāda mums pareizu ceļu vai iztulko tekstu no ķīniešu valodas angļu valodā. Ja viss būtu tik vienkārši... Gandrīz ik nedēļu pie Andra notiek semināri, kuros tiekas tā sauktā mākslīgā intelekta un klasiskās skaitļošanas visviedāko algoritmu pētnieki no Matemātikas institūta – Guntis Bārzdiņš un viņa gados jaunākie kolēģi – un Kvantu datorzinātnes centra jaunie censoņi. Ļoti vienkāršoti izsakoties, ja tu aizrocies līdz tai vietai algoritmā, kas jāpaātrina vai jāpapildina, tad, jā, var gadīties, ka to var darīt gan ar klasisko, gan kvantu skaitļošanas palīdzību. Turklāt ir precedenti, ka ar kvantu skaitļošanas starpniecību var atrast veidu, kā uzlabot arī kādu klasisku algoritmu. Vēlreiz: mēs vēlamies izmantot kvantu fizikas sniegtās priekšrocības reālu problēmu risināšanā.

Un ir nosacītais otrais pīlārs: cietvielu elektroniskās un optiskās ierīces, kurā mēs vēlamies izbūvēt pilnu ciklu, proti, no brīža, kad tiek nopirktas izejvielas, sintezēts materiāls, līdz ierīces izveidošanai, raksturošanai, turklāt tā, lai tā pasaulē būtu konkurētspējīga. Te “atslēga” ir Cietvielu fizikas institūta tīrtelpas, jo tās ļauj gan veidot vienelektrona tranzistorus, Džozefsona pārejas, gan raksturot īpašos, tā sauktos topoloģiskos materiālus, kuriem kvantu īpašības ir uz virsmas vārda tiešā nozīmē. Ko praktiski nozīmētu “saslēgt vienā ķēdē”, pilnā ciklā? Ķīmiskās fizikas institūta visaugstākā ranga publikācijas topoloģisko materiālu jomā parasti tapušas, sadarbojoties ar ārzemju partneriem, kuri veikuši nepieciešamos mērījumus. Arī publikācijas, ar kurām es pats visvairāk lepojos, satur eksperimentālos datus, kas iegūti kaut kur citur. Mums ir ar kaut ko jāsāk, tāpēc Kvantu iniciatīvas ietvaros lielākā investīcija, runājot par “dzelžiem”, ir tā sauktais ledusskapis vai elektroniskiem un optiskiem mērījumiem piemērota zemu temperatūru iekārta. Tāpat, ja runājam par optisko sakaru tehnoloģijām un elektronisko sensoru demonstrējumiem, ar kuriem pamatoti lepojas Latvijas Universitātes Kvantu optikas laboratorija sadarbībā ar Tehnisko universitāti, un mēs vēlamies, lai tas viss būtu soli tuvāk komercializējamām tehnoloģijām, to visu ir jāspēj ražot vienādi un lielos daudzumos. Te runa ir par, piemēram, polimēru fotonikas platformām, ko attīsta Cietvielu fizikas institūts; tas ir atsevišķs projekts, bet to pielietojums ir ļoti būtisks arī kvantu ierīcēm.

Var teikt, ka par šo sinerģiju kuluāru diskusijās mēs esam sprieduši jau vairākus gadus. To es saku, atceroties tavu jautājumu, vai galvenais impulss iniciatīvai ir bijusi “Brisele”. Esam panākuši arī sapratni šajā ziņā sarunās ar Izglītības un zinātnes ministriju, proti, ka tēmas, par kurām mēs šeit runājām, stiprina Latvijas digitālās prasmes visaugstākajā, maģistru un doktoru, līmenī. Ministrija ir piešķīrusi noteiktu naudas summu, kuras izlietojuma viens no obligātiem nosacījumiem ir studiju moduļi. Šie moduļi skaidri iezīmējas trijās mūsu studiju programmās, padarot tās atraktīvas un konkurētspējīgas. Nav noslēpums, ka kvanti, kvantu tehnoloģijas pievilina jaunus cilvēkus, savukārt studiju moduļi būs pieejami ne tikai jaunajiem, studentiem, bet arī cilvēkiem, kuriem, teiksim, mūžizglītības ietvaros, nepieciešams pamācīties klāt. Piemēram, datortīklu administratoriem. Es arī ļoti ceru, ka visu šo darbu rezultātā Latvijas Universitātē izveidosies, simboliski izsakoties, telpa, kurā nobriest zinātnes nākamie līderi. Ja tu gribi spēlēt A līgā vai piedalīties olimpiskajās spēlēs, tavi treniņa nosacījumi ir pavisam citi nekā gadījumā, ja ambīcijas ir zemākas. Man nav nekādu pretenziju pret B līgas komandām, tomēr mums Latvijā ir ļoti nepieciešamas arī A līgas līmeņa grupas. Turklāt es, vadoties kaut no personīgās pieredzes, varu teikt, ka priekšnoteikumi šādām A līgas komandām ir – mums ir izcili jauni, nu jau nākamās pēc manas paaudzes zinātnieki. Starp citu, starp sinerģijas labumiem ir vēl viens. Izcilie pētnieki, protams, katrs jau ir izveidojis savu starptautisko kontaktu tīklojumu, bet būtu izcili, ja mēs tos varētu likt kopā. Starptautiskais konteksts ir atsevišķa, interesanta tēma. Tu zini, ka no prestiža viedokļa augstākā latiņa ir Eiropas Pētniecības padomes granti. Kad tu piesaki sevi, tev, protams, neteiks, kādi cilvēki būs panelī, kas tevi vērtēs, bet tu vari paskatīties, kādi cilvēki šajā panelī bija iepriekšējos gados. Savukārt starp padomiem ir tāds: vērtēt paneļa atbilstību ne tikai pēc tā, vai un cik cilvēkus tu pazīsti, bet vai un cik cilvēku pazīst tevi. Respektīvi, mūsu ambīcijas ir – lai par mums spriež pēc mūsu darbiem, nevis paziņojumiem. Tu, iespējams, vari nopirkt golfa kluba abonementu, bet būtu kļūdaini iedomāties, ka nu tu esi miljonārs, jo šo klubu apmeklē miljonāri. Precīzāk sakot, tu, protams, vari tā domāt, bet šāda stratēģija mums neder. Mums kā dārgakmeņi ir jāspodrina jaunie talanti, un varbūt lielākais Kvantu iniciatīvas panākums būs tas, ja jaunie talanti starptautiski gūs lielākus panākumus nekā ļaudis, kas šo iniciatīvu izveidojuši.

Alma Mater žurnāls