KVANTOVÉ TECHNOLOGIE

Jak vyprávět o kvantovém vesmíru

Autor:

Michal Trčka, CIIRC ČVUT

Na tři stovky fyziků se letos v červnu setkalo na ostrově Helgoland na konferenci věnované zrodu matematických zákonů kvantové fyziky, které zde před sto lety formuloval dvacetitříletý Werner Heisenberg. Jednalo se tak zároveň o narozeninovou oslavu revoluční teorie kvantové mechaniky, která se stala základem pro mnohé průlomové technologie, jako je třeba laser. Na vršku dortu může být jako ozdoba letošní další Nobelova cena na jejím účtu.

Tímto číslem se připojujeme k Mezinárodnímu roku kvantové vědy a technologií (The 2025 International Year of Quantum Science and Technology, IYQ). Cílem této iniciativy UNESCO je zvýšit povědomí o jejich přínosech nejen pro vědu.

Každá narozeninová oslava potřebuje datum. Počátek století kvantové fyziky, která zásadně proměnila naše chápání světa na úrovni atomů, byl OSN datován k roku 1925, ale nový přístup ke stavebním kamenům reality se rodil už dříve, ať už to byl objev Planckovy konstanty (1900) nebo Einsteinova práce o světelných kvantech (1905). 

Staletý příběh v tomto čísle začíná Schrödingerovou rovnicí, která vede k dnešní kvantové chemii propojující fyzikální zákony mikrosvěta s komplexními procesy chemie a biologie (Martinka, Veis). Samotná znalost základních matematických rovnic však nestačí, protože jejich praktické řešení je nesmírně složité. Příspěvky nabízejí vhled do oblastí, kde kvantové technologie triumfují již dnes, ať už jsou to kvantové senzory, kvantová komunikace nebo kvantové materiály (např. Šafránek, Macková a zprávy z výzkumu).

Kromě oslavy výdobytků tohoto vývoje se texty věnují současným technologickým limitům, a potřebnému vymezení se vůči humbuku a mnohdy legračním mýtům, které se objevují v souvislosti s  kvantovými počítači (Holub).

V souvislosti s těmito limity je tak stále ve vzduchu otázka, zda jsme dnes skutečně svědky revoluce kvantových technologií (Lazar, Novotný, Rozsak, Fedor). Ať je tomu jakkoli, doba kvantová nastala, a to nejen v podobě bouří ve vědecko-technologické oblasti. Přináší totiž turbulence v mediálním prostoru (Přikryl), v aréně velkých finančních pobídek, které zvyšují tlak na optimistické interpretace výsledků nebo v podobě strachu z rizik pro kybernetickou bezpečnost, který vede k přijímání nových směrnic a národních strategií.

Robustnější systémy jsou spojeny s větším výpočetním úsilím a to vede k externalitám. Geopolitický závod o kontrolu nad kritickými surovinami potřebnými k vývoji řady (kvantových) technologií se běží na dráze konkurenceschopnosti, obranyschopnosti, rozvoje zbrojního průmyslu, ale svědčí také o poškozených komunitách, na které dopadají negativa snah o nekonečný růst (Djukanović). Pozici globálního lídra chce evidentně obsadit Čína (Blablová) skrze technologické vize a strategie a finanční injekce, ale pomáhá jí v tom i závislost ostatních zemí na jejím bohatství kritických surovin.

Obsah čísla tak přechází mezi základy protiintuitivních zákonitostí kvantové fyziky a hmatatelnými technologiemi, jejichž dopad na naše životy bude v blízkém budoucnu evidentně narůstat. Základní znalosti o kvantovém světě, který se prolíná vědou, politikou i průmyslem, bude proto potřebovat každý člověk, který chce porozumět současnosti. Na jednu stranu je to výzva k rozptýlení kvantové mlhy (Vejpravová), ale i středoškolské vzdělávání (Koupilová), abychom předešli kvantovému mysticismu a informovali společnost, proč na těchto oblastech vědy, výzkumu a inovací tak záleží. Skutečnost, že se vzděláváním v kvantovce lze začít už v mladém věku, podtrhuje komiksově laděný maskot IYQ Quinnie a podobné snahy vysvětlovat nejsložitější vědecké koncepty prostřednictvím ilustrací a animací (ukázky z komiksů).

Kvantová imaginace se týká celého vesmíru, jeho základních zákonů, ale také našeho dlouhodobého přežití v něm. S kvantovou fyzikou jsme v minulém století vstoupili do atomového věku a další způsoby manipulace hmoty na její fundamentální úrovni nám dávají do rukou novou moc.