Rok Žitko: Slovenija v Mednarodnem letu kvante znanosti in tehnologije 2025

Omogočila je številna dognanja o lastnostih molekul in kemijskih reakcijah, osnovnih gradnikih snovi, prevajanju električnega toka v kovinah in polprevodnikih, magnetizmu in superprevodnosti, učinkih svetlobe na snov, nastanku kristalov in njihovih lastnostih, itd. To znanje je omogočilo razvoj novih materialov, elektronskih elementov (tranzistor), virov svetlobe (laser, svetlobne diode), tipal (svetlobni senzor CCD) in diagnostičnih metod v medicini (jedrska magnetna resonanca).

V zadnjih desetletjih so bile razvite tudi naprave, ki zelo neposredno uporabljajo temeljne kvantne pojave, kot so superpozicija stanj, prepletenost, proces meritve ("kolaps valovne funkcije") in tunelski pojav. Na ta način lahko danes povsem varno komuniciramo, izjemno natančno merimo čas, generiramo popolnoma naključna števila in merimo magnetno ter gravitacijsko polje. Hitro se razvijajo tudi kvantni računalniki in simulatorji, torej naprave, ki bodo omogočile reševanje nekaterih zahtevnih računskih problemov, ki jim tudi najboljši "klasični" superračunalniki ne bodo nikoli kos.

Pravi potencial kvantne fizike pa je pravzaprav zgolj delno raziskan in obetamo si lahko številna nenadejana odkritja. Kvantna tehnologija bo močno vplivala na naše življenje, družbeno dogajanje in gospodarski napredek. Temu je pritrdila tudi Organizacija združenih narodov, ki je leto 2025 razglasila za Mednarodno leto kvantne znanosti in tehnologije ( International year of quantum science and technology, IYQ2025 ).

Evropa je na področju kvantne znanosti in tehnologije v vodilnem položaju, z zelo močno raziskovalno bazo na vseh relevantnih področjih osnovnih raziskav in dobrimi možnostmi za razvoj naprednih aplikacij. Že vrsto let poteka krovni projekt Evropske komisije "Quantum flagship", katerega cilj je bil v začetni pripravljalni fazi do leta 2021 razviti ključne gradnike, v trenutni fazi "razvoja in razširitve" pa izdelava prototipov, dvigovanje nivoja tehnološke pripravljenosti in začetek industrializacije. Evropska komisija pripravlja "Evropski kvantni akt", ki bo začrtal nadaljnjo pot, predvsem v smeri meddržavnega sodelovanja, združevanja virov in izvajanja skupnih investicij, kar bo omogočalo evropsko avtonomijo na tem strateškem področju.

V Sloveniji je kvantna znanost eno izmed paradnih področij raziskovanja z dolgo tradicijo in vrsto odmevnih dosežkov v svetovnem merilu. Slovenski raziskovalci smo mednarodno prepoznani in smo iskan partner v mednarodnih projektih na področjih, ki segajo od eksperimentalne fizike osnovnih delcev, preko raziskav kvantnih materialov do teorije večdelčnih kvantnih sistemov in številnih drugih. Sodelujemo z razvojem novih senzorjev in metod za analizo velikih količin merskih podatkov, izgradnjo edinstvenih instrumentov in opravljanjem zahtevnih meritev, včasih tudi pod ekstremnimi pogoji visokih tlakov ali nizkih temperatur, razvijamo nove numerične metode za reševanje odprtih konceptualnih problemov in za napovedovanje novih pojavov.

Raziskovalci, organizacije in podjetja, ki delujejo na področju kvantnih raziskav, so združena v QUTES - Slovensko skupnost za kvantne tehnologije z namenom spodbujanja sodelovanja med akademskimi in industrijskimi deležniki na področju kvantnih tehnologij ter izobraževanja in ozaveščanja širše javnosti o pomenu in potencialu kvantne tehnologije. V ta namen organiziramo različne dogodke. Že vrsto let izvajamo različne aktivnosti v tednih okoli "svetovnega kvantnega dneva", 14. aprila, denimo delavnico za dijake in dijakinje, na kateri jim predstavimo osnove kvantne fizike, omogočimo sestavljanje kvantnih naprav ter obisk laboratorijev. Organiziramo tudi različna predavanja, tako za strokovno kot splošno javnost, pogosto s tujimi eminentnimi znanstveniki in znanstvenicami ter drugimi odličnimi poznavalci področja. Letos se dogodki kvantnega tedna izvajajo v širšem kontekstu Mednarodnega leta kvantne znanosti in tehnologije.

Med najbolj vidnimi kvantnotehnološkimi projekti v Sloveniji je SiQUID - Demonstracija slovenske infrastrukture za kvantne komunikacije . V konzorciju pod vodstvom Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani (UL FMF) sodeluje še Institut "Jožef Stefan" (IJS), podjetje Beyond Semiconductor, Urad Vlade RS za informacijsko varnost in Urad Vlade RS za varovanje tajnih podatkov. Cilji so izgradnja nacionalne infrastrukture za varno prenašanje šifrirnih ključev in priprava za kasnejšo integracijo v evropsko zemeljsko in satelitsko komunikacijsko omrežje, povečevanje stopnje varnosti v rešitvah za enkripcijo, priprava za industrializacijo, izobraževanje mladih raziskovalcev in inženirjev ter povečevanje suverenosti z razvojem lastnih rešitev.

Na področju kvantnih tehnologij je aktivnih še nekaj drugih slovenskih podjetij. Med njimi so, denimo, Cosylab, Instrumentation Technologies, TipPri, CREAPLUS in zagonsko podjetje AtomQL. Med drugim razvijajo kontrolne sisteme za upravljanje kvantnih naprav in odčitavanje rezultatov, kvantne algoritme, rešitve za šifriranje in za pripravo sistemov hladnih atomov v optičnih pasteh. Osnovne raziskave na kvantnem področju pa se poleg na IJS in UL FMF izvajajo še na v Centru odličnosti nanoznanosti in nanotehnologije -- Nanocentru, Fakulteti za elektrotehniko (UL FE) in Fakulteti za računalništvo in informatiko (UL FRI), na Fakulteti za elektrotehniko in informatiko (FERI) v Mariboru in v Znanstvenem in tehnološkem središču Rudolfovo v Novem mestu.

Področja raziskav segajo od komunikacij (razpošiljanje kvantne prepletenosti, rešitve za časovno sinhronizacijo, integrirana fotonika), računalništva (razvoj novih algoritmov in naprav za shranjevanje in obdelavo kvantne informacine) in senzorike (integrirani senzorji, magnetometri, kvantna optomehanika). V pripravi je nacionalna strategija za kvantne tehnologije, ki bo začrtala nadaljnji razvoj področja v Sloveniji in način vključevanja države v skupna evropska prizadevanja za izgradnjo infrastrukture, izobraževanje kadrov, nadaljnji temeljni razvoj ter industrializacijo.

Pomembna nedavna pridobitev je evropski projekt Marie Sklodowska Curie COFUND za podoktorske raziskovalce, Slovensko središče za kvantno znanost - SQUASH , ki bo omogočil zaposlitev 40 mladih obetavnih raziskovalcev z vseh koncev sveta na IJS in UL FMF. Naslednji ambiciozni koraki bodo zagotovitev ustreznih laboratorijskih prostorov za najbolj zahtevne raziskovalne in razvojne projekte, ki terjajo nizke tresljaje, odsotnost elektromagnetnih motenj in brezprašno okolje, za kar je predvidena izgradnja nove stavbe, pridobitev ali lastna izdelava namenske vrhunske raziskovalne opreme, ki bo globalno edinstvena in bo Slovenijo postavila na svetovni zemljevid, ter vzpostavitev učinkovite podporne dejavnosti s prenosom najboljših praks iz vodilnih tujih središč za kvantne raziskave.

Zdi se torej, da v Sloveniji obstaja znaten potencial za nadaljnj razvoj tako kvantne znanosti v osnovnih raziskavah kot tudi za razvijanje rešitev na višjih stopnjah tehnološke pripravljenosti. Gradimo lahko na pretekli znanstveni odličnosti, odlično izobraženem domačem kadru, ki svojo pot običajno nadaljuje v slovenskih visokotehnoloških podjetjih ali pa se opravljenem podoktorskem izpopolnjevanju v tujini rad vrne na izobraževalne in raziskovalne ustanove v domovini, ter na dobrih povezavah z vodilnimi skupinami in podjetji po svetu. Izziv pa predstavljajo težave pri pridobivanju raziskovalne opreme in primerno opremljenih prostorov ter omejene možnosti za stimulativno plačevanje delavcev, zlasti v akademski sferi. A kljub temu je področje pravi magnet za nadobudne mlade znanstvenike.