14 kwietnia to World Quantum Day – międzynarodowe wydarzenie, z udziałem naukowców z ponad 65 krajów, którego celem jest upowszechnianie wiedzy o technologiach kwantowych. Naukowcy przewidują, że w perspektywie kilkunastu lat te technologie znacząco wpłyną na naszą rzeczywistość. Diagnostyka medyczna będzie szybsza i bardziej precyzyjna, bezpieczeństwo danych w sieci nieporównywalnie większe, powstaną nowe materiały o rewolucyjnych właściwościach.
Na całym świecie trwa teraz dynamiczny rozwój technologii kwantowych. Europa chce być pierwszą na świecie Doliną Kwantową. W osiągnięciu tego celu naukowców wspierają m.in. Quantum Flagship i QuantERA, w której funkcjonowaniu kluczową rolę odgrywa Polska.
Europa nowych idei
Laboratorium kwantowe, fot. Krzysztof Magda
Quantum Technologies Flagship to jedno z najważniejszych przedsięwzięć w dziedzinie badań i innowacji, z ponadmiliardowym budżetem, zainicjowane przez Komisję Europejską, by zapewnić Europie rolę lidera w technologiach kwantowych. W lutym tego roku przedstawiciele Quantum Flagship zaprezentowali nową agendę rozwoju technologii kwantowych do 2030 roku, w której za cel przyjęto, że Europa ze swoim potencjałem naukowym i przemysłowym oraz wykwalifikowanymi pracownikami stanie się pierwszą na świecie "Doliną Kwantową”. – Wiele pomysłów i idei w dziedzinie technologii kwantowych powstało na naszym kontynencie – mówi prof. Konrad Banaszek, koordynator naukowy sieci QuantERA.
QuantERA, która ściśle współpracuje z Quantum Flagship, jest największym europejskim programem finansującym badania w zakresie technologii kwantowych. Wspiera ambitne projekty dotyczące fundamentów i najnowocześniejszej inżynierii w dziedzinie technologii kwantowych, monitoruje działania i strategie w tej dziedzinie oraz tworzy wytyczne dotyczące odpowiedzialnego prowadzenia badań. Sieć sfinansowała dotąd ponad 100 międzynarodowych projektów z zakresu badań podstawowych i aplikacyjnych, w które zaangażowanych jest blisko 550 grup badawczych.
Koordynatorem sieci jest Narodowe Centrum Nauki. – Doskonale wiemy, co się dzieje w technologiach kwantowych, jakiego rodzaju projekty są realizowane w tym momencie w Europie, a przede wszystkim mamy wpływ na kierunki rozwoju tej dziedziny – komentuje Sylwia Kostka z NCN, koordynatorka programu.
Przesuwanie granic
W ostatnim konkursie QuantERA, rozstrzygniętym pod koniec 2023 roku, wysoko ocenione zostały m.in. wnioski w zakresie obrazowania kwantowego, badań dotyczących sensorów kwantowych opartych na centrach barwnych i badań źródeł pojedynczych fotonów opartych na kropkach kwantowych.
Dr Radek Łapkiewicz z Uniwersytetu Warszawskiego zajmuje się wykorzystaniem efektów kwantowych w obrazowaniu. Otrzymał grant na projekt aplikacyjny pod nazwą Quantum Multi-Modal Microscopy, który realizuje wspólnie z naukowcami z Francji, Niemiec i Szwajcarii. Na pytanie, jakie zmiany mogą przynieść technologie kwantowe w obrazowaniu, odpowiada, że naturalne jest wykorzystanie narzędzi kwantowych, aby przesunąć granice tego, co możliwe w obrazowaniu biomedycznym. – Obrazowanie biomedyczne często jest ograniczone przez ilość dostępnego światła. Gdy np. chcemy zobaczyć struktury położone głęboko w tkance, trudno tam nieinwazyjnie doprowadzić światło i równie trudno rejestrować światło powracające. Optycy kwantowi specjalizują się w wykrywaniu bardzo słabego światła a metrolodzy kwantowi wiedzą, jak z każdego fotonu uzyskać jak najwięcej informacji – wyjaśnia. Dodaje, że środowisko naukowe pierwsze demonstracje przewag kwantowych ma już za sobą.
Dr hab. Adam Wojciechowski
Zastosowania biomedyczne może mieć także projekt dr. hab. Adama Wojciechowskiego z Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie, który wspólnie z naukowcami z Niemiec i Hiszpanii, planuje opracowanie nowych protokołów detekcji kwantowej z wykorzystaniem nanodiamentów. – Chcemy poprawić właściwości materiałowe nanodiamentów, wprowadzić lepsze techniki pomiarowe, które umożliwią uzyskiwanie bardzo szczegółowych informacji o środowisku je otaczającym i na koniec chcielibyśmy takie nanodiamenty wprowadzać do komórek biologicznych i mierzyć sygnały związane z obecnością na przykład pewnych substancji dostarczanych do komórek – mówi.
Wiedza i kompetencje w całej Europie
Prof. Banaszek podkreśla, że na naszym kontynencie jest prowadzonych „wiele obiecujących kierunków działań, które należy wspierać równolegle”. QuantERA tworzy zachęty do współpracy naukowców z całej Europy i szukania partnerów wśród wszystkich państw uczestniczących w programie. Na etapie oceny merytorycznej wniosków składanych w konkursach liczy się tylko ich poziom merytoryczny. Gdy jednak np. dwa czy trzy projekty ocenione zostają równie wysoko, do finansowania wybrany zostaje ten, w realizację którego zaangażowani są naukowcy z krajów, w których poziom badań i innowacji jest niższy od średniego poziomu UE (kraje widening). Taki sam nacisk sieć kładzie na bardziej zrównoważone uczestnictwo kobiet i mężczyzn w zespołach realizujących projekty. Wśród projektów ocenionych na tym samym poziomie wybrany zostaje ten, w którym zaangażowane są kobiety-liderki.
Prof. Katarzyna Roszak z Instytutu Fizyki Czeskiej Akademii Nauk, laureatka konkursu z 2023 roku, zwraca uwagę, że zasady przyjęte przez sieć ułatwiają tworzenie konsorcjów złożonych z naukowców z mniej rozpoznawalnych ośrodków, w tym często młodych badaczek i badaczy. – Taki sposób tworzenia zespołów służy lepszej jakości badań, pozwala rozwijać mniej konwencjonalne kierunki, co może doprowadzić do istotnych odkryć – mówi. W badania, którymi kieruje naukowczyni, zaangażowani są naukowcy z Czech, Niemiec, Polski i Włoch.
Dr hab. Adam Wojciechowski liczy, że udział w projektach sieci wpłynie na widoczność naukowców z krajów wideningowych. – W Polsce wiele technologii kwantowych jest rozwijanych na światowym poziomie. Programy QuantERA zwiększają szansę na wzmocnienie międzynarodowej rozpoznawalności naszych zespołów, co mam nadzieję w przyszłości, wpłynie także na szerszy udział w topowych europejskich projektach, w tej chwili otwartych głównie na duże konsorcja – tłumaczy.
– Wzmocnienie doskonałości naukowej w tzw. krajach widening ma znaczenie dla wspierania Europy bez granic i nierówności. Rozprzestrzenianie doskonałości w całej Europejskiej Przestrzeni Badawczej powinno odgrywać znaczącą rolę w ocenie długoterminowego wpływu poszczególnych programów finansowania – dodaje prof. Ticijana Ban z Instytutu Fizyki w Zagrzebiu. W badania pod nazwą “QNet: Transport, metastability, and neuromorphic” applications in quantum networks, których liderką jest prof. Ban, zaangażowani są naukowcy z Chorwacji, Niemiec, Hiszpanii i Szwajcarii.
QuantERA łączy 41 agencji finansujących badania z 31 krajów. Program trwa do 2026 roku. Przedstawiciele sieci wspólnie z Komisją Europejską pracują już nad zasadami jego kontynuacji.
Anna Korzekwa-Józefowicz