И най-сложната теория може да намери практическо приложение

За първи път у нас и на Балканите се осъществи предаване на криптирани квантови данни на 51 км разстояние

Проф. Сия Лозанова и докторант Мартин Ралчев изследват генерация на частици в гранит

Зина СОКОЛОВА

Нов лабораторен комплекс за авангардни научни изследвания към Центъра за компетентност „Квантова комуникация, интелигентни системи за сигурност и управление на риска – КВАЗАР“ бе открит наскоро. Центърът е изграден по Оперативна програма „Наука и образование за интелигентен растеж“ с финансиране от 13,5 млн. лв. Водеща организация е Институтът по роботика – БАН, а партньори са Софийският университет „Св. Климент Охридски“, Институтът по металознание – БАН, Техническият университет – Габрово, Националният военен университет „В. Левски“ – Велико Търново, Институтът по ядрени изследвания и ядрена енергетика – БАН, Висшето военноморско училище „Н. Й. Вапцаров“ – Варна, и сдружение „Съвременни летателни технологии“. В КВАЗАР работят над 70 изследователи в 15 високотехнологични лаборатории. За по-важните постижения на Центъра разказва неговият ръководител акад. Чавдар Руменин, заместник-директор на Института по роботика – БАН.
„Квантовата комуникация е такъв тип предаване на данни, при който се използват фотоните – обяснява акад. Руменин. – Те са елементарни частици, които в конкретния случай се разпространяват по двойки със скоростта на светлината. Когато изпратим сигнал от точка А до точка Б, двата фотона са заедно. И ако носят състояния 0 и 1, в крайната точка отива същият код. Идеята е, че ако някой се опита да подслушва този информационен канал, връзката се прекъсва автоматично. Другият вариант е процесът на предаване да продължи, но в т.нар. заблуждаващ фалшив реверс – да почнат да се предават други неща, които няма нищо общо с първоначалните данни.“
Квантовата форма в съобщенията може да бъде много важна при случаи на земетресения, ядрен взрив или терористична атака от голям мащаб, казва ученият. Тогава предаването на сигнали с радиовълни се влошава драстично. С квантовата комуникация такъв проблем няма. Тя е независима от условията в околната среда. Такива системи има в САЩ, Русия и Китай, като връзката се осъществява със сателити.
„Литературните източници за тези квантови системи обаче са недостъпни – има публикации само за някои от техните физически аспекти. Но инженерно-техническите решения отсъстват – подчертава акад. Руменин. –
В Европейския съюз това е незаета ниша. Затова нашият Център се насочи към квантовата комуникация и се надяваме да допринесем с нещо в тази сфера както с нашите партньори в България, така с тези от чужбина – Италия, Франция, Белгия, с които работим.“
Преди няколко седмици учени от Института по ядрени изследвания и ядрена енергетика, където е концентрирана дейността по квантовата комуникация, съвместно с оператора А1 осъществиха предаване на криптирани квантови данни на 51 км разстояние. Това е сериозен научно-приложен резултат и се прави за първи път в България и на Балканите. Този успешен експеримент вече е докладван в Брюксел. Очаква се сключване на договор с Европейската комисия за практическото използване на квантовата комуникация в по-големи мащаби. От такъв тип криптирана и сигурна информация се нуждаят и банки, и медицински структури, и военни, и служби за сигурност. Всички имат интерес от надеждно съхраняване на данни.
„Но тук има много нерешени въпроси от физически характер – подчертава акад. Руменин и веднага дава любопитен пример. – Твърди се, че в САЩ се провеждат експерименти, свързани с т.нар. „телепортиране“, каквото познаваме от филми като „Междузвездни войни“ и „Седморката на Блейк“. Тъй като двойките фотони са идентични и дали единият фотон е тук, или на милиони светлинни години – той е все същият. Възниква въпросът – ако ние тук прекъснем връзката за комуникация, другият фотон там ще разбере ли? И кога? Ако му пратим двойник, той ще го „почувства“ ли и как? Това е много щекотлив въпрос и са необходими много изследвания в тази насока, но важното е, че има начало. Според законите на квантовата механика една частица може да бъде едновременно и частица, и вълна – това гениално откритие е на Луи де Бройл. Макс Планк пък установява, че те всички имат точно определена стойност – квант енергия. Затова тази вълна е със строго определена дължина и честота. И нещата излизат от обхвата на обикновеното въображение.
Необходими са и нестандартни начини на мислене за прехвърляне на информация от една точка до друга с т.нар. ефект на телепортация. Важна област също е и изкуственият интелект на базата на квантови компютри, използващи свръхпроводимост, които са несравнимо по-бързи от класическите. Макар че по-коректният израз е системи с елементи на изкуствен интелект, по думите на Стивън Хокинг и Илън Мъск – едни от най-големите визионери на нашето време. Има неща, които все още не познаваме, и те не се свеждат до т.нар. самообучаващи се алгоритми на сензорни данни.
В предната част на мозъка се намира неокортексът. Това е зоната, в която по мнението на невролози и психолози се раждат идеите, там е въображението, там се вземат решенията. Но никой не знае как точно това се постига, и затова е коректно да се говори за елементи на изкуствен интелект.“
Друго направление, по което се работи в КВАЗАР, е сензориката. Учените имат вече сериозно достижение – открили са нова закономерност. Тя е свързана с генерирането на частици, когато определен твърдотелен обект, като скала или бетон, се подложи на високо едноосно налягане. При този натиск се получават частици със строго определени характеристики и спектър за всеки вид скала и консистенция бетон, което учените от Центъра наблюдават със съответна апаратура.
Практическите приложения на това ново явление могат да бъдат няколко. Например при земетресение. Тогава земните пластове се разместват часове по-рано, но досега това трудно се регистрира. Но ако се постави такъв сензор на базата на генерация на частици на подходящо място, той ще улови движението на земните маси доста време преди самото земетресение и това ще даде възможност за своевременна реакция.
„Не сме наивни, знаем, че не сме открили панацея за земетресенията – подчертава акад. Руменин. – Трябва да се съберат в едно много фактори, за да разберем как точно може да се предсказват тези природни катаклизми. Открили сме само една допълнителна компонента към целия спектър от методи и явления, които съществуват.“
Сензорите с генерация на частици могат да се използват и при виадукти, свлачища, рудодобивна и въгледобивна индустрия, язовирни стени, подземно строителство. Ако има поставени сензори на рискови точки, те може своевременно предаварийно да засекат възникваща опасност от срутване – например на земни маси.
Центърът разполага и с единствената у нас и на Балканския полуостров нискотемпературна електромагнитна система.
С нейна помощ се изследват свойствата на полупроводникови сензори и свръхпроводящи системи в изключително широк температурен диапазон – от температури, близки до абсолютната нула, до 300 К и силни магнитни полета до 5,0 тесла.
Политиката на МОН е с новозакупената уникална апаратура центровете да произвеждат резултати и иновации, насочени към националната индустрия, подчертава ученият. В КВАЗАР вече има 14 регистрирани заявки за патенти за изобретения. Акад. Руменин е категоричен, че с помощта на въображение и на най-сложната и абстрактна теория може да се намери практическо приложение, защитимо с патент за изобретение.

Аварията с „Вера Су“

„В предмета на дейност на центъра КВАЗАР неслучайно са включени и интелигентни системи за сигурност и управление на риска – казва акад. Руменин. – На втория ден след аварията с „Вера Су“ директно в ефир по една от националните телевизии предложих решение, с което да се спаси корабът. Той можеше да се изведе в Бургас и там да се огледа каква е повредата от аварията. Предложих го, защото на мястото, където заседна „Вера Су“, се намират хабитатите на уникалните черноморски делфини, на т.нар. черноморски тюлени, на чернокопа, който минава покрай Камен бряг и отива край Бургас и Созопол да хвърли хайвера си. И точно на това място се изсипаха тонове азотни торове, измряха доста риби.
Партньорите ни от Висшето военноморско училище „Н. Й. Вапцаров“ – Варна, по своя инициатива с дронове постоянно наблюдаваха къде има течове на „Вера Су“, какво е замърсяването. Тяхната информация се предаваше на държавните органи онлайн в реално време. Дирекция „Морска администрация – Варна“ използва технологията, която им се предложи и от нас, и от опитни капитани далечно плаване, но 36 дни по-късно. И досега ме боли за причинената екокатастрофа – може и малка да е, но има повредена черноморска флора и фауна.“