Физика на бъдещето: смартчасовник показва състава на кръвта, сензорен шлем вместо ЯМР
Квантовият център на Алма матер подготвя кадри за супернаука, които ще решават практически нерешими днес задачи - гаранция и за националната сигурност
Как с щракване на един бутон огромна болница с над 1000 души персонал да организира 24-часови дежурства на сестри във всички клиники? Задачата се нарича nurse scheduling problem, отчитат се личните предпочитания на медицинските специалисти, болничните, отпуските, спазването на трудовото законодателство.
А как търговец с много клиенти да изпълни най-бързо заявките?
Или да се спре прекъсването на тока заради претоварване на мрежата, като се оптимизира разпределението към потребителите.
На пръв поглед прости задачи, но не и когато става дума за големи мащаби. Тогава могат да се разрешат чрез... квантови компютри. Всъщност и националната сигурност вече зависи от физиката на бъдещето.
Първоначалната идея за създаването на квантовите компютри дошла с един алгоритъм на американския математик Питър Шор. Този алгоритъм търси множители на съставни числа. Например 15 е 3 по 5. Когато става въпрос за малки числа, може да се сметне и наум. Когато числата са големи, задачата е сложна дори за класическите компютри.
“Сега ние, макар и да не го знаем, непрекъснато комуникираме с криптирани съобщения, имейли, ако щете, SMS-и и така нататък. Но алгоритмите в основата на това кодиране на информация използваха точно този факт - че намирането на множителите на едно число е трудно”, обяснява просто сложната наука акад. Николай Витанов, ръководител на Центъра за квантови технологии към Физическия факултет на Софийския университет и заместник-министър на образованието и науката. Квантовият компютър работи като паралелно свързани много, много класически компютри.
Кадри за работа с тях се създават именно в центъра на Алма матер, който съществува от 2023 г. Открит е с решение на Академичния съвет на Софийския университет. “Целта на основаването му беше не да започнем изследвания, защото изследвания има от 25 г. в моята група и вече две други съседни групи от мои бивши докторанти - Андон Рангелов и Петър Иванов. Целта беше да обединим изследванията не само в рамките на Софийския университет, а и в по-широк мащаб, защото това са авангардни технологии, разказва акад. Витанов.
Квантовите технологии са в процес на усилена разработка от световни гиганти като IBM, Google, Amazon и доста други. Основната цел на центъра е да се обучат млади хора, които
да могат да работят с тях, когато ни връхлетят, а това ще стане в близките години
Процесът се движи паралелно със скоростното развитие на изкуствения интелект. “Ако чакаме да бъдат произведени съответните устройства - квантови компютри, квантови сензори и тепърва да обучаваме хора, ние ще сме безнадеждно закъснели”, категоричен е академикът, който в Станфордската класация на учените е поставен в топ 200 на света в област “Обща физика”.
Във факултета има две бакалавърски програми - на български и английски, но имаме две специализирани
магистърски програми - “Квантова информатика” на български и “Квантови технологии” на английски
Всяка година в магистърските специалности се дипломират между 5 и 10 студенти.
Броят изглежда малък, но това са силно специализирани технологии, доста тежки, защото са свързани с изучаване на сериозна математика, квантова механика и различни други области от математиката, физиката, химията, информатиката, обяснява акад. Витанов.
В центъра едновременно се обучава и се прави наука. Целта е в рамките на няколко години да създадем
кохорта от активни млади хора със средна възраст до 30 г.,
които да са в състояние да работят с квантови компютри и другите квантови технологии, обяснява ученият.
Квантовите компютри решават практически нерешими задачи и затова е много важно България да купи такъв. У нас вече може да се работи с класически суперкомпютър, има доста - най-големият Discoverer е в “София Тех парк”.
“Суперкомпютърът ще върши основната работа, но трудните задачи ще ги изпраща към квантов
и после квантовият компютър ще му връща резултата. По този начин най-бавните елементи от едно изчисление или една оптимизация ще върши квантовият компютър”, обяснява акад. Витанов. Изтъква още едно предимство на новите технологии - квантовите компютри, понеже използват носители на информация на ниво отделни атоми, които са малки частици, не харчат много ток. Очаква се те да са енергетично много по-ефективни от класическите суперкомпютри, т.е. освен всичко друго ще пестят и енергия.
В центъра в Алма матер вече са изучавали технологията на квантовите сензори. При тях чувствителността е много по-голяма от обикновените, могат да се регистрират отделни атоми или молекули. Могат да функционират като смартчасовник, с който да се следи не просто колко е пулсът и кръвното, както сега, а какво тече в кръвта ви.
Такива сензори могат да заменят ядреномагнитен резонанс, при който, да речем, мозък или друг орган се сканира слой по слой. С един шлем с квантови сензори може директно в реално време да се снеме триизмерна картина на мозъка. Ще става много по-бързо, много по-безболезнено, много по-евтино.
Квантовите гравитационни сензори пък могат да покажат като на рентгенова снимка това, което е под краката ни - например всякакви кухини и тунели като тези в Газа, разказва още акад. Витанов.
“Знаем, че GPS комуникациите в зони на военни конфликти на североизток от нас редовно се сриват. GPS системата е изключително уязвима и квантовите гравитационни сензори биха били един локален заместител. Всеки в смартфона си, ако има такъв сензор, няма нужда от GPS. Би могъл да се ориентира, без да комуникира с някакви спътници. Те са от интерес както за военните, така и за гражданското общество”, обобщава ученият. И се надява с изпреварщото създаване на квантовия център от България да излезе значимо световно откритие.