Ruđerovac sudjelovao u novim otkrićima kvantne fizike

Znanstvenik i teorijski fizičar IRB-a dr. sc. Ugo Marzolino jedan je od najboljih primjera „priljevamozgova“, jer je nakon diplome na Sveučilištu L'Aquila, magisteriju na Sveučilištu u Rimu „La Sapienza“ i doktoratu na Sveučilištu u Trstu, svoju karijeru odlučio nastaviti u Hrvatskoj, odnosno na Institutu Ruđer Bošković gdje je trenutno postdoktorand. Njegovi istraživački interesi obuhvaćaju temeljne aspekte kvantne fizike i njihovu primjenu u drugim područjima istraživanja i razvoju novih tehnologija.

Objavio je 27 radova u vrhunskim svjetskim znanstvenim časopisima, podučavao nekoliko aspekata kvantne fizike i drugih fizikalnih predmeta u institucijama u kojima je radio te sudjelovao na brojnim međunarodnim konferencijama i radionicama. Prestižni časopis Reviews of Modern Physics nedavno je objavio veliki pregledni rad međunarodnog tima znanstvenika o naprednim pristupima mjerenjima poboljšanim kvantnim učincima. Autori rada, među kojima je i teorijski fizičar dr. sc. Marzolino vjeruju da će rezultati ovog rada omogućiti nove smjerove istraživanja u ovom intrigantnom i potencijalno veoma korisnom i primjenjivom području kvantne fizike. 

Mjerenja su neizostavni dio funkcioniranja svijeta kakvog danas poznajemo, tako da često i ne primjećujemo da svakodnevno nešto mjerimo i koristimo rezultate tih mjerenja – naši automobili u vožnji mjere brzinu, a mobiteli mjerenjima određuju svoj položaj i orijentaciju u prostoru. Naravno, sofisticirana mjerenja neizostavna su u raznim područjima znanosti i predstavljaju jednu od temeljnih znanstvenih metoda. Područje znanosti koje se bavi problemima i standardizacijom mjerenja nazivamo mjeriteljstvom ili metrologijom.

Cilj mjerenja je dobiti rezultat što veće preciznosti, uz što jednostavniji postupak mjerenja, veću brzinu, nižu cijenu. Zbog toga se neprestano traže načini poboljšanja preciznosti mjerenja, pojednostavljenja mjerenja i smanjivanja cijene. Čini se da su iscrpljenje sve mogućnosti poboljšanja mjerenja klasičnim metodama te se sve više okrećemo kvantnom mjeriteljstvu.

Sposobnost obavljanja mjerenja nekoliko fizikalnih veličina s velikom preciznošću predmet je intenzivnih temeljnih istraživanja, ali i brojnih primijenjenih istraživanja u području kvantne komunikacije, kvantnom računanju i kvantnom mjeriteljstvu. Štoviše, tehnološki orijentirane primjene kvantne fizike s većim performansama, koje su u fokusu istraživača diljem svijeta već više od trideset godina, konačno uspijevaju zainteresirati i tehnološke tvrtke.

Povećana preciznost mjerenja koja proizlaze iz primjene kvantnih fenomena među prvim su aplikacijama koje su bile predviđene čak i prije nego što je znanstvena zajednica počela raspravljati o kvantnim tehnologijama te su sada dio istraživačkog područja poznatog kao kvantno mjeriteljstvo.

''Povrh detekcija gravitacijskih valova, postoje prijedlozi da se ovakva mjerenja iskoriste za poboljšanje vremenskih ili frekvencijskih standarda, navigaciju, daljinska mjerenja i određivanje vrlo malih magnetskih polja, a s mogućim primjenama u medicini i to kod snimanja mozga ili srca, zatim za utvrđivanje prostorno-vremenskih parametara, termometrije i brojne druge primjene. U našem radu mi smo dali pregled svih relevantnih naprednih metoda za kvantno poboljšana mjerenja, od kojih mnoga nisu dovoljno poznata čak ni u stručnoj literaturi u području kvantnog mjeriteljstva." - objašnjava dr. sc. Ugo Marzolino.

Novi smjerovi istraživanja u kvantnom mjeriteljstvu

Velika većina drugih modela za kvantno poboljšana mjerenja koristi neobičan kvantni efekt koje nazivamo kvantnom zapetljanošću. Ona nije vidljiva u makroskopskom svijetom kakvog poznajemo, a Einstein ju je nazvao sablasno djelovanje na daljinu. Međutim, dosad je samo nekoliko eksperimenata postiglo značajna poboljšanja u preciznosti mjerena koja se temelje na ovom kvantnom učinku i to u pravilu samo za vrlo male sustave.  "Nekoliko je razloga zašto je tomu tako. Prije svega, već je vrlo teško postići klasičnu osjetljivost uz pomoću kvantnih sustava, budući da se svi vanjski izvori buke moraju eliminirati.

Drugo, klasični modeli mogu se lako povećati kako bi se povećala preciznost mjerenja, a uz to su znatno jeftiniji od modela temeljenih na kvantnoj zapetljanosti, i koje je teško primijeniti na velike sustave s mnogo objekata. Treće, i najvažnije, kvantna zapetljanost je vrlo krhka i može biti uništena već i malom količinom nepoželjnog i nekontroliranog šuma. Stoga je od velike važnosti bilo razmisliti o drugim načelima za stabiliziranje kvantnih efekata, a upravo to je u središtu našeg istraživanja."- objašnjava dr. Marzolino.

Tijekom posljednjih nekoliko godina znanstvenici su prikupili dosta rezultata za razvoj alternativnih modela mjerenja koji se NE temelje na zapetljanosti. Bilo je važno prikupiti sve te alternativne metode na jednom mjestu te ih usporediti i ispitati njihovu mogućnost primjene u odnosu glavne smjerove istraživanja.

''Smatramo da će naša studija potaknuti daljnja istraživanje modela u kvantnom mjeriteljstvu koja bi u konačnici mogla dovesti do provedbe kvantno poboljšanih mjerenja i njihove integracije u nove tehnologije“, zaključuje dr. Marzolino.

Dr. Marzolino zaposlen je na IRB-u u Grupi za fiziku kondenzirane tvari i statističku fiziku pri Zavodu za teorijsku fiziku koju vodi dr. sc. Predrag Lazić.