Kvantinių technologijų asociacijos vadovas T. Paulauskas: siekiame kurti įrenginius, kurie padėtų kiekvienam iš mūsų

Kokie yra LKTA pagrindiniai tikslai ir kokio technologinio proveržio galime tikėtis iš lietuvių? Apie tai pasakoja šios asociacijos vadovas, FTMC Optoelektronikos skyriaus mokslininkas dr. Tadas Paulauskas.

Kas paskatino įsteigti LKTA? Ar jau atsirado nemažai kvantinių technologijų kūrėjų Lietuvoje, kad jau galima burtis į asociaciją – ar tai labiau yra siekis, tikslas, kad tokių kūrėjų būtų daugiau?

Turbūt tinka abu variantai. Šiuo metu jau turime mokslininkų, kurie dirba su kvantinėmis technologijomis. Yra tikrai stiprių ir pasaulyje gerai žinomų teoretikų iš Vilniaus universiteto (VU), taip pat vienas LKTA valdybos narių, dr. Mantas Šimėnas iš VU Fizikos fakulteto, užsiima technologiniu vystymu. Auga ir VU matematikų ir informatikų tyrėjų grupė, kurie su užsienio kolegomis vysto kvantinius algoritmus, juos testuoja kvantiniuose kompiuteriuose.

Verta paminėti, kad kvantinėmis technologijomis suinteresuota ne vien mokslinė bendruomenė. Jų taikymo galimybėmis ir būdais, kaip pasiūlyti aktualius sprendimus,  aktyviai domisi įvairių sričių verslo atstovai. Bendradarbiavimas su verslu svarbus norint rasti sprendimus, kaip laboratorijose vystomos technologijos gali virsti produktais ir pasiekti visuomenę.

Kalbant apie FTMC, šiuo metu (ir ganėtinai ilgai iki šiol) kvantines sistemas, itin aktualias technologijoms, teoriškai nagrinėjo (taip pat nemažai bendradarbiavo ir su eksperimentatoriais) šviesios atminties fiziko dr. Audriaus Alkausko mokslinė grupė. Dabar jai vadovauja ir darbus tęsia itin talentingas mokslininkas dr. Lukas Razinkovas.

Tuo metu FTMC Lazerinių technologijų skyriaus mokslininkai – Julijanas Želudavičius, Gediminas Račiukaitis ir kiti – žengia į kvantinių ryšių sritį. Kolegos neseniai baigė Europos kosmoso agentūros projektą, kuriame vystė supintų fotonų šaltinius. Manau, ateityje matysime šio skyriaus platesnį įsiliejimą į šią sritį ir sėkmingą technologinį vystymą.

Mano paties ryšys su kvantinėmis technologijomis prasidėjo dar doktorantūros metais, nuo kvantinių algoritmų kurso. Manau, nuo tada vis ieškojau tinkamo laiko, kada į šią sritį galėčiau pasinerti visa galva. Į kvantinių technologijų pusę pradėjau rimčiau linkti, kai per COVID-19 pandemiją su fiziku Juliumi Rusecku išleidome elektroninę knygą „Kvantinė kompiuterija“. Šioje knygoje, remiantis studijų užrašais ir svarbiausia literatūra, sudėtos teorinės žinios, aktualios tiek kompiuterija, tiek kvantiniais jutikliais ar ryšiais besidomintiems skaitytojams.

Pabaigęs tyrimų ir eksperimentinės plėtros projektą, kurį FTMC keletą metų vykdžiau po grįžimo į Lietuvą, iškart kibau prie kvantinių technologijų. Esu įgavęs nemažai patirties su medžiagotyra ir technologiniu optoelektronikos įrenginių vystymu, kas šiandien itin aktualu. Norisi pabrėžti, kad mūsų tyrimai prasideda nuo pat atominių struktūrų pokyčių ir iš to kylančių medžiagų naujų savybių nagrinėjimo.

Šiuo metu prie manęs prisijungė dr. Julius Janušonis, patyręs eksperimentinės fizikos mokslininkas, bakalauro studentas. Tyrinėjame atominius defektus kristaluose, kurie gali elgtis kaip geri kubitai – kvantinės informacijos vienetai. Jų pagrindinis taikymas skirtas kvantiniams jutikliams, kuriuos šiuo metu tobuliname. Esame sukonstravę matavimo įrenginį, kuris leidžia optiškai detektuoti magnetinio lauko stiprį ir kryptį magnetinio rezonanso principu.

Koncentruojamės labiau ne į fundamentinius dalykus, bet bandome kurti konkrečius įrenginius. Iš esmės naudojame medžiagas, kuriomis grįsti kvantiniai jutikliai gali dirbti kambario temperatūroje. Dauguma kvantinių sistemų „mėgsta“ ekstremalias sąlygas, pavyzdžiui labai žemas temperatūras, o mes galime savo darbus atlikti tiesiog kambario sąlygomis. Tokia galimybė leidžia plačiau pritaikyti technologijas – daugiau šansų, kad tai, ką darome, taps naudojamais produktais.

Kokios tos pravarčios medžiagos, kurias Jūs tyrinėjate FTMC?

Deimantuose yra defektų, sudarytų iš azoto atomo, kuris pakeičia anglies atomą, ir prie jo šalia prisijungusios vakancijos (tuščios vietos, kurioje buvo anglies atomas). Šių defektų sukinines būsenas galima kontroliuoti, nuskaityti ir inicijuoti. Tai yra itin stabilios struktūros, be to, taikymuose gali pakakti ir kelių šimtų mikrometrų ar nanometrų dydžio kristalų. Kita panaši medžiaga – silicio karbidas.

Taigi, mes šias ir kitas medžiagas charakterizuojam, naudojame jonų implantaciją, lazerinį apdirbimą ir kitus būdus norimiems defektams sukurti, ieškom lėšų, kad tai galėtume plačiau išvystyti. Ir žaidžiame su idėjomis, kaip tą padaryti.

Prie mūsų veiklos įvairiai prisideda kiti susidomėję mokslininkai, bendradarbiaujame su grupėmis tiek iš FTMC, tiek iš VU. Sieksime ir toliau ieškoti bendradarbiavimo galimybių ir bendrų interesų su kitomis grupėmis ir Lietuvos institucijomis.

Kur būtų galima panaudoti Jūsų paminėtus kvantinius jutiklius, kokioms sritims?

Šiuo metu vienas iš esminių pritaikymų – magnetinio lauko detektavimas. Tačiau kai kurie jutikliai gali paraleliai detektuoti ir aplinkos temperatūrą, slėgį ar elektrinį lauką. Kuo tai svarbu? Jutikliai, į kuriuos koncentruojamės, yra pranašesni prieš klasikinius jutiklius keletu aspektų. Pirmiausia, jie gali detektuoti mažesnį statinio ar kintančio magnetinio lauko stiprį, gali veikti ekstremaliose sąlyguose (pavyzdžiui itin aukštoje temperatūroje).

Be to, kadangi jutikliai yra atominio lygio defektai, tai atveria galimybes detektuoti magnetinį lauką su atomine erdvine skyra. Ar naudojant pavienius defektus, ar daugybę tankiai išsidėsčiusių kristale, taikymo sritys yra plačios.

Naudodami magnetinį lauką galime tirti puslaidininkinių lustų (mikroschemų) savybes, nes juose tekanti elektrinė srovė generuoja magnetinį lauką. Kvantiniai jutikliai grįsti deimantu ir silicio karbidu yra biologiškai suderinami, nekenksmingi (angl. biocompatible). Tad pavienėse ląstelėse ar audiniuose šių medžiagų nanodalelės tampa mažais įrenginukais, kurie leidžia tirti biologinius procesus ar padėti nustatyti ligos žymeklius.

Kokie galimi kiti taikymai? Pavyzdžiui, kad nereikėtų lįsti į didžiulį magnetinio rezonanso įrenginį, pacientui pakaktų užsidėti šalmą su daugybe kvantinių jutiklių lustų. Taip neinvaziškai ir žymiai patogiau būtų galima stebėti erdvinį neuronų aktyvumą, kas veikiausiai pasitarnautų tiek biomedicinoje tiek vystant smegenų-kompiuterio sąsajas.

Kvantiniai jutikliai tiktų ir susisiekimui. Būna, kad neveikia ar specialiai blokuojamas GPS signalas – tad lokalaus magnetinio lauko žemėlapiai ir juos skaitantys jutikliai čia galėtų pagelbėti siekiant autonomiškoms mašinoms identifikuoti savo buvimo vietą.

Jūsų manymu, kuri sritis turi didžiausią potencialą, kalbant apie kvantines technologijas ir Lietuvą? Kas artimiausiu metu gali būti veiksminga ir parduodama?

Tai yra milijono vertės klausimas (šypsosi). Į jį atsakyti yra viena iš mūsų asociacijos užduočių. Turime nuosekliai atlikti kritinį situacijos vertinimą. Nesam vien tik mes, trys organizacijos, esančios LKTA valdyboje, – yra ir kitų žmonių, mokslo institucijų ir pažangių technologinių įmonių Lietuvoje, kurios artimai susijusios su kvantinėmis technologijomis, bet dar „neįlindusios“ į šią sritį. Galime tai paskatinti; manau, jiems nebūtų sunku prisidėti, persiorientuoti ir padaryti gerų darbų labiau suprantant perspektyvas.

Kalbant apie Lietuvą – girdime, apie lazerių pramonę, fotoniką, kur lietuviai yra stiprūs. O šios sritys itin aktualios kuriant kvantines technologijas. Iš fotonikos tyrimų galima pereiti į kvantinių ryšių kūrimą, tobulinti įvairias medžiagas ar net gaminti komponentus kvantiniams kompiuteriams.

Nekalbu apie pačių kompiuterių gamybą Lietuvoje – tam reikia be galo daug resursų. Tačiau kvantinė kompiuterija yra labai plati sritis, kuri susideda iš daugelio dalykų. Šiuo metu pasaulyje didelis dėmesys skiriamas modulinių procesorių kūrimui – o tam reikalingi įvairūs sprendimai iš fotonikos, puslaidininkių sričių. Tampa aktualūs klausimai dėl lustų ar aukštos kokybės optinių elementų gamybos. Tad mums vertėtų pasvarstyti apie tai iš technologinės pusės.

Kokios Jūsų, kaip Kvantinių technologijų asociacijos vadovo, pareigos?

Matyti bendrą vaizdą, į kurią pusę asociacija linksta. Stebėti, ar mūsų užsibrėžti tikslai įgyvendinami. Taip pat – užtikrinti, kad LKTA plėstųsi, kad būtų pritraukta naujų narių.

Ieškosiu sprendimų, ką daryti, kad Lietuvoje plėtotųsi kvantinių technologijų ekosistema, ieškosiu papildomų finansų mūsų srities populiarinimui – kad visuomenė geriau pažintų kvantines technologijas, kad per renginius, seminarus ar hakatonus įsitrauktų kuo daugiau jaunų žmonių.  

Be to, esu atsakingas už administracinę dalį: tai yra įvairių išlaidų planavimas, ataskaitos, ir t. t. – tai ką, mokslininkai labiausiai mėgsta (šypsosi).

Kai žiniasklaidoje pasirodė pranešimas apie LKTA kartu su valdybos narių nuotrauka, komentatoriai iškart pastebėjo, kad asociacijoje kažkodėl nėra moterų...

Taip, tiesa (šypsosi). Tai yra negerai, ir mes taip pat tą matome. Deja, iš dalies tai atspindi esamą situaciją, jeigu kalbame būtent apie mokslininkus, kurie dirba su kvantinėmis technologijomis. Pati mūsų bendruomenė nėra itin didelė, o moterų – dar mažiau.

Vienas iš asociacijos uždavinių bus šią situaciją taisyti, pritraukti moterų į LKTA valdybą, kad nesukurtume įvaizdžio, jog tai vien vyrų reikalas. Norisi paminėti, kad yra moterų, kurios prisidėjo prie asociacijos kūrimo ir dabar aktyviai dalyvauja veiklose – pavyzdžiui, FTMC fizikė dr. Mažena Mackoit-Sinkevičienė. Kūrimo procese taip pat dalyvavo Lietuvos mokslo tarybos atstovės.

Apskritai, moterų fizikių skaičius yra problematiška tema. Galbūt tebėra likęs nusistovėjęs įvaizdis, jog būti fizike nėra moteriška, bet manau, kad situacija pamažu gerėja. Kai kada Lietuvoje gal net yra geriau negu kitose šalyse. Bet taip, šiame lauke norėtume matyti daugiau moterų.

Simonas Bendžius, Fizinių ir technologijos mokslų centras (FTMC)