Кожен учений розуміє – фундаментальна наука важлива. Такі дослідження розширюють знання про світ і закладають основу для майбутніх технологічних проривів. Проєкт науковців КНУ імені Тараса Шевченка «Керований транспорт топологічних збуджень в атомарних схемах для квантових сенсорів та квантових систем обробки інформації», виконаний за кошти Національного фонду досліджень України,  важливий і для розвитку науки, і для багатьох галузей економіки.  Його результати стануть в пригоді для створення нових систем навігації, розвідки корисних копалин тощо.

Про результати дослідження розповідають його виконавці – доцент кафедри квантової теорії поля та космомікрофізики в КНУ імені Тараса Шевченка Олександр Якименко (керівник проєкту на першому етапі) та доцентка цієї ж кафедри Олена Приходько (керівник проєкту на завершальному етапі).

«Ми запропонували на конкурс саме цю ідею, бо вона є точкою перетину фундаментальної фізики (науки про надплинність і макроскопічні квантові явища) та її практичного застосування, – пояснює Олександр Якименко. – Нас передусім цікавить питання: як у квантових системах виникають і еволюціонують топологічні збудження – квантові вихори – і чи можна ними керувати. Водночас контроль топологічних збуджень у квантових системах відкриває шлях до практичних рішень. Це фундамент для створення квантових гіроскопів (приладів, що визначають зміну положення об’єктів в просторі) та сенсорів наступного покоління. Вони будуть у тисячі разів чутливішими за сучасні аналоги. Це критично для систем навігації в умовах, де не працює GPS, для розвідки корисних копалин чи моніторингу гравітаційних змін. Саме тому такі дослідження важливі і для України, і для світу».

У чому ж суть проєкту? Що вдалося зробити?

«Уявіть, що ви хочете передати повідомлення, написане на поверхні води в басейні. Якщо ви просто сколихнете воду, хвилі швидко згаснуть і розсіються – інформація зникне. Але якщо вдасться створити маленький стабільний вир (воронку), він зможе довго подорожувати басейном, зберігаючи свою форму, – розповідає Олена Приходько. – У нашому мікросвіті такі «вири» називаються квантовими вихорами. Ми працюємо з надзвичайно холодними атомами (майже при абсолютному нулі), де зникає тертя, а отже рух атомів у такому вихорі не витрачає енергію і не згасає з часом. Суть нашого проєкту – навчитися «дресирувати» ці квантові вихори: створювати їх, пересувати їх спеціальними атомними каналами (маршрутами) і зчитувати інформацію, яку вони несуть. Ми розробляємо «транспортну систему» для квантового світу, де вихор — це надійна посилка, яка не розсиплеться по дорозі від найменшого поштовху чи шуму».

Під час виконання проєкту вчені отримали результати світового рівня, що підтверджено публікаціями у престижних журналах (зокрема Physical Review та New Journal of Physics). Розроблено, зокрема, теоретичні моделі керованого транспорту вихорів у складних атомних ланцюгах. Науковці довели, що вихорами можна керувати (маніпулювати) за допомогою лазерного світла та створювати умови для їх стабільного руху.

«Ми розрахували режими, за яких вихор стабільно коливається між двома кільцевими пастками для надплинної речовини. Створено модель квантового тригера, фактично – прототип елементарної комірки квантової пам’яті», – продовжує розповідь пані Олена.

Також науковці розробили перспективні фізичні платформи для створення нових типів сенсорів. «Це відкриває шлях до створення квантових гіроскопів, які будуть на порядки точнішими, ніж ті, що є сьогодні», – додала науковиця.

Проєкт успішно завершено, але його виконання аж ніяк не було легким.

«Війна стала серйозним випробуванням для виконавців проєкту. На початку повномасштабного вторгнення російських військ в Україну фінансування було призупинено. Після відновлення роботи було дуже непросто виконувати тривалі розрахунки під час відключень світла, – згадує пані Олена. – Були й труднощі з поїздками за кордон, що ускладнило співпрацю з іноземними колегами. Попри це, ми зуміли виконати проєкт, отримати вагомі результати і перспективи для нових досліджень».

Ученим, які планують взяти участь у конкурсах НФДУ, науковиця радить не боятися «високої планки» і подавати сміливі ідеї, навіть якщо ці ідеї поки що здаються фантастичними. «Грантові комітети цінують наукову сміливість», – усміхається співрозмовниця.

Ще один секрет успіху – хороша команда. «Залучайте молодь. Енергія студентів та аспірантів у поєднанні з досвідом провідних учених –  ідеальний мікс для успіху, – додає Олена Приходько. – Також важливо реалістично планувати і педантично звітувати. Ну й звичайно, потрібно бути кращим у своїй галузі науки».

Саме такий ідеальний мікс успіху можна побачити у команді, яка виконала проєкт. Поруч з досвідченими вченими працювали молоді дослідники, які не боялися брати на себе відповідальність і отримали блискучий результат. Для багатьох молодих учених проєкт став початком наукової кар’єри, дав можливість заявити про себе у великій науці.

«Ми будували роботу так, щоб сильні теоретичні ідеї підкріплювалися ретельними перевірками та командним обговоренням кожного кроку, – додала пані Олена. – Пройдено непростий шлях, на якому були й технічні глухі кути, й перерахунки, і пошуки кращих підходів. Але завдяки взаємній підтримці, дисципліні й довірі нам вдалося отримати результати, за які не соромно. Наша команда – це люди, які не просто виконують роботу, а живуть наукою.  Саме завдяки їм проєкт і став успішним».

 

Інтерв’ю проводила Світлана ГАЛАТА