Kvantu ierīces aktīvos elementus parasti var redzēt tikai elektrona staru mikroskopā, precizitātei jābūt molekulu izmērā. Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūta (LU CFI) Nanotehnoloģiju centrā var izgatavot šādas nanoizmēra struktūras, kas nepieciešamas kvantu elektronisko un fotonisko ierīču izgatavošanai.
LU CFI vadītājs Andris Anspoks skaidro, ka arī visvienkāršākais tranzistors, foto sensors un lāzers, ko lietojam foto un video kamerās vai lāzermērītājos, balstās uz kvantu fizikas noteiktiem efektiem. Taču mūsdienās par kvantu ierīcēm saucam tādas, kurās darbojas atsevišķi elektroni, nevis elektriskā strāva, un atsevišķi gaismas kvanti – fotoni, nevis gaisma vispār.
“Interesanti, ka dažas no šīm kvantu tehnoloģijām ir jau sen zināmas, bet bija jāpaiet ilgam laikam, lai pārvērstu šo tehnoloģiju produktā,” teic A. Anspoks.
Viens kvantu ierīces piemērs ir frekvenču ķemmes, kuras veido LU CFU, LU Atomfizikas un spektroskopijas institūts un Rīgas Tehniskā universitāte (RTU). To mērķis ir panākt ātrākus optiskos sakarus, jutīgākus sensorus. “Vēl viens piemērs, pie kura mēs strādājam, ir optisks tranzistors, kas ievērojami palielinātu datu pārraides ātrumu. Tā varētu būt revolūcija datu pārraidē,” apgalvo A. Anspoks.
Lēciens aukstā ūdenī
LU CFI ir viens no Latvijas Kvantu iniciatīvas dalībniekiem. Šī iniciatīva tapa, apzinoties, ka ir ļoti labas iestrādnes, tikai ir nepieciešams koncentrēt spēkus un piesaistīt papildu cilvēkus.
“Apzinoties, ka potenciāls kvantu tehnoloģiju jomā Latvijā ir, bet vienatnē reti kas ir iespējams, nozares pārstāvji dažādos institūtos sāka sarunāties savā starpā. Pēc iepazīšanās sekoja pirmie sadarbības projekti. Šis ir kā lēciens aukstā ūdenī – nav zināms, vai izdosies, bet citu variantu nav,” teic A. Anspoks. Viņš uzsver, ka kvantu tehnoloģiju nozarē reti ko var izdarīt vienatnē, jo zinātne ir starptautiska. Ir vajadzīgi konsorciji, kas apvieno labākos. Piemēram, LU CFI māk strādāt ar nelineāro optiku, bet citiem partneriem ir iespējas izmērīt rekordātrus datu pārraides parametrus. Tāpēc sadarbībā ar RTU un LU Atomfizikas un spektroskopijas institūtu LU CFI pētnieki strādā ar fotonikas ierīcēm, bet konsorcijā ar Ķīmiskās fizikas institūtu vairākas pētnieku grupas nodarbojas ar dažādu elektronisku ierīču izstrādi.
A. Anspoks ir pārliecināts, ka Latvijas Kvantu iniciatīva pamatīgi mainīs tajā iesaistītos un tuvinās Latvijas zinātni tam, kā pētniecība notiek Ziemeļeiropā. Kā vienu no galvenajiem ieguvumiem viņš saskata māku sadarboties un spēju kopīgi koncentrēties uz uzdevumu, jo mūsdienu zinātnes frontes līnijā risināmie uzdevumi ir pāri vienas organizācijas iespējām.
Paralēli Latvijas Kvantu iniciatīvai pētnieki strādā arī Inovāciju fonda projektā, kas arī ir pavisam tuvu kvantu tehnoloģijām. “Šajā projektā starp daudzām citām lietām attīstām tradicionālo fotoniku, taču arī šajā jomā ir grūti novilkt robežu starp kvantu un ne-kvantu tehnoloģijām. Piemēram, kvantu ķemmes, gaismas avotus un detektorus kā arī nelineārus optikas materiālus vajag gan kvantu ierīcēm, gan fotonikai. Tādēļ ir ļoti labi, ka mums ir sinerģiski projekti,” saka A. Anspoks.
Vienmēr ir vieta uzlabojumiem
Runājot par to, kā izglītības sistēma tiek līdzi mērķiem Latvijā attīstīt kvantu tehnoloģijas, A. Anspoks norāda, ka vienmēr ir vieta uzlabojumiem, taču kopumā situācija ir samērā laba. Viņu gan uztrauc tas, ka Latvijā izglītībā iegulda vairāk nekā vidēji citās Eiropas Savienības valstīs, taču rezultāti esot atšķirīgi nekā, piemēram, tepat kaimiņos Igaunijā un Somijā. “Īpaši tas redzams, ja salīdzina spējīgāko skolēnu proporciju Latvijā ar vidējo OECD valstīs un Igaunijā un Somijā. Te mēs būtiski atpaliekam, lai gan vidējais līmenis izskatās pieņemami. Tā ir valstiska problēma, kur viens no faktoriem ir arī skolotāju vecumstruktūra, kas ietekmē arī viņu kompetences, kā arī sadrumstalots skolu tīkls,” norāda A. Anspoks.
Visvairāk viņu uztrauc mazais studentu skaits, īpaši fizikas, ķīmijas un materiālzinātņu jomā. “Nevar būt tāda situācija, ka fizikas absolventi mums ir uz divu roku pirkstiem saskaitāmi. Mums ir ļoti gudri cilvēki, bet vajag tādu izglītības sistēmu, kur rastos vēl vairāk gudru cilvēku. Īstermiņa un vidēja termiņa risinājums dabaszinātņu un inženierzinātņu programmās ir piesaistīt ārzemju studentus. RTU ir labi sākusi šo darīt. Valstij būtu jāpalīdz piesaistīt labākos studentus no ārzemēm, tāpat vajadzētu panākt, ka vietējie studenti saprot, ka ir labi studēt arī Latvijā, jo vidēja Lielbritānijas augstskola nav būtiski labāka par LU, RTU, vai Rīgas Stradiņa universitāti. Protams, cita lieta, ja izdodas iestāties Oksfordā, Berklijā vai MIT, kas jebkurā gadījumā ir apsveicami,” saka A. Anspoks. Visiem pārējiem viņš iesaka bakalaura līmenī studēt tepat, doties starptautiskajā studiju apmaiņas programmā, maģistrantūrā studēt ārzemēs un vēlāk atgriezties Latvijā.
Bez zinātnes Latvijai nav nākotnes
A. Anspoks stāsta, ka zinātnei ir vairāki uzdevumi. Būtiskākais no tiem ir radīt gudrus cilvēkus, jo neviena nozare bez tiem nevar iztikt. “Ja tagad neinvestēsim zinātnē, pēc 10 gadiem nebūs jaunu tehnoloģiju un mēs būsim banānu republika. Ja gribam palikt uz zinātnes un tehnoloģiju viļņa, mēs nedrīkstam izkrist no aprites. Bez zinātnes Latvijai nav nākotnes,” uzsver A. Anspoks.
10 gadus viņš nemin nejauši, jo tas ir laiks, kurā ideja no fizikas laboratorijas nonāk pie industrijas un caur to pie katra no mums. A. Anspoks uzsver, ka idejas rodas pētniecības procesā, bieži vien – negaidīti. Šo procesu nav iespējams plānot. Taču bez šī sistemātiskā darba, kurā katrs zinātnieks ieliek savu ķieģeli lielajā zinātnes mājā, lielas lietas notikt nevar. Tas, kuru beigās apbalvo ar Nobela prēmiju, bieži ir veiksmes un gadījuma noteikts. Sākotnējā iecere var neizdoties, bet rodas pavisam cita ideja. Daļa ideju nav konkurētspējīgas. Izejot vairākus šādus ciklus, vairāku gadu laikā attīstās ideja, kas nonāk arī līdz komercializācijai. Piemēram, pērn LU CFI licencēja infrasarkano staru sensoru, pie kā komanda strādāja astoņus gadus. “Jā, tas ir ilgs laiks, bet ātrāk pārvērst zinātni produktā nemaz nav iespējams. Arī mobilajos telefonos, ko šodien izmanto teju katrs, izmantotās tehnoloģijas ir dzimušas un attīstījušās lēnā procesā,” uzsver A. Anspoks.
