Ar ko jūs patlaban nodarbojaties?
Stažējos Augstāko pētījumu institūtā (Institute for Advanced Study) Prinstonā, kas atrodas ASV. Šis ir zinātnisks institūts, kas pastāv kopš 1930. gada. Viens no pirmajiem institūta profesoriem bija Alberts Einšteins, un kopš tā laika šajā institūtā strādājuši vēl daudzi slaveni zinātnieki.
Gribu šeit uzzināt jaunāko, kas notiek citās datorzinātnes nozarēs, un kopīgi ar šejienes kolēģiem risināt dažādas zinātniskas problēmas.
Saņēmāt balvu par panākumiem kvantu skaitļošanas teorijā. Cik svarīgs ir šis sasniegums?
Kvantu datoru pamatprincipi ir principiāli atšķirīgi no tradicionālajiem datoriem. Tradicionālie datori darbojas saskaņā ar parastās fizikas likumiem, bet kvantu datori - saskaņā ar kvantu fiziku, respektīvi, ar tiem fizikas likumiem, kas darbojas atsevišķu atomu vai daļiņu līmenī. Kvantu fizikas likumi paver daudz plašākas iespējas, un tāpēc kvantu datori varētu būt daudz ātrāki par tradicionālajiem.
Vēl jāpiebilst, ka kvantu datoru pamatprincipi ir diezgan atšķirīgi no tradicionālajiem datoriem un, lai izstrādātu algoritmus kvantu datoriem, ir vajadzīga principiāli citādāka domāšana. Pirmie piemēri, kas parāda, ka kvantu datori varētu būt ievērojami ātrāki par tradicionālajiem datoriem, parādījās 1994. gadā. Bet principiāli jaunas skaitļošanas metodes kvantu datoriem joprojām parādās diezgan lēni - reizi 2-3 gados - un tieši tāpēc, ka te ir vajadzīga citāda domāšana.
Esmu izgudrojis vairākus algoritmus kvantu datoriem - piemēram, algoritmu, ar kuru var noteikt, vai tabulā, kas satur lielu daudzumu skaitļu, ir atrodami divi vienādi skaitļi. Citi zinātnieki pēc tam manas idejas attīstīja tālāk, un uz to pamata izveidojās viena no visbiežāk lietotajām skaitļošanas metodēm kvantu datoriem.
Cik ilgi bija pētījumi, līdz nonācāt pie šiem secinājumiem un panākumiem zinātnē?
Darbojos kvantu skaitļošanā kopš 1997. gada. Pirmie no maniem lielajiem atklājumiem bija 2000. gadā, tad 2004. gadā.
Kā kvantu dators atšķiras no tā, ko lietojam ikdienā patlaban? Kāpēc kvantu datoru radīšana ir tik svarīga un nepieciešama?
Svarīgā atšķirība starp kvantu datoriem un parastajiem datoriem ir tas, ka kvantu dators skaitļošanai var izmantot daudz lielāku stāvokļu daudzumu nekā parastie datori. Ja mums ir 100 daļiņu, kas darbojas saskaņā ar kvantu mehānikas principiem, lai pilnībā aprakstītu šo daļiņu stāvokli, vajag 2100 mainīgo. Tas ir milzīgs skaitlis - aptuveni 1 ar 30 nullēm -, un parastajam datoram nekad nebūs tik daudz atmiņas.
Kvantu datori būs lietderīgi daudzām lietām. Tie būs noderīgi zinātniekiem, piemēram, lai modelētu sarežģītas ķīmiskas reakcijas, kas ietver kvantu fizikas efektus. Ar kvantu datoru varēs ātrāk meklēt lielos datu apjomos un risināt pārlases uzdevumus, kur jāpārbauda liels skaits dažādu iespēju. Izmantojot kvantu efektus, varēs drošāk šifrēt un pārraidīt slepenu informāciju. Turklāt šifrēšanai pietiek ar kvantu ierīcēm, kas ir daudz vienkāršākas par pilnvērtīgu kvantu datoru, un tādas jau ir uzbūvētas.
Vēl viens cēlonis, kāpēc kvantu datori ir tik interesanti, ir tas, ka, mēģinot uzbūvēt kvantu datoru, mēs nonākam fizikas sadaļā, kas nav pilnībā izprasta. Līdz ar to, būvējot kvantu datoru, mēs varam nonākt pie fundamentāli jaunām atziņām par dabas likumiem.
Vai tas varētu tikt radīts Latvijā?
Visdrīzāk tas nenotiks Latvijā, bet principā tas būtu iespējams. Kvantu datora radīšana - tas ir sarežģīts eksperimentālās zinātnes uzdevums, kas pēc sava apjoma aptuveni atbilst maksimumam, ko var izdarīt Latvijas mērogā, ja šeit izaugtu ļoti talantīgs zinātnieks - eksperimentators ar zināšanām vajadzīgajā fizikas jomā un milzīgu organizatora enerģiju.
Kāds ir pētījumu finansiālais nodrošinājums?
Patlaban finansējums maniem pētījumiem nāk no dažādām Eiropas Savienības zinātnes programmām. Mēs piedalāmies Eiropas mēroga konkursos, konkurējot ar citu valstu zinātniekiem, un tādā veidā iegūstam finansējumu pētījumiem.
Vislielākā finansējuma daļa nāk no Eiropas Zinātnes padomes - Eiropas mēroga organizācijas, kas atbalsta izcilākos Eiropas zinātniekus. Katru gadu viņi izvēlas aptuveni 300 izcilāko Eiropas zinātnieku, kurus atbalstīt, un pirms pusotra gada es kļuvu par vienu no tiem.
Kā pievērsāties tieši kvantu skaitļošanai?
1997. gadā aizbraucu studēt doktorantūrā uz Kalifornijas Universitāti Berklijā. Pirmajā semestrī noklausījos kursu par kvantu skaitļošanu. Kursa beigās profesors pastāstīja vairākas neatrisinātas problēmas, un viena no tām mani ieinteresēja. Sāku to risināt un veiksmīgi atrisināju. Tad pastāstīju savu atrisinājumu citiem kolēģiem, kuri jau nodarbojās ar kvantu skaitļošanu, un viņi man savukārt izstāstīja citas problēmas, ko risināt. Tā es pakāpeniski iegāju šajā zinātnes nozarē. Toreiz tā bija ļoti jauna zinātne. Lielie atklājumi, kas lika pamatus kvantu skaitļošanai, bija notikuši tikai trīs gadus agrāk, 1994. gadā, tāpēc bija ļoti daudz vēl nezināmu lietu, ko pētīt.
Izglītības un zinātnes ministrija sadarbībā ar Ziemeļvalstu Ministru padomes sekretariātu veica 150 Latvijas zinātnisko institūtu novērtējumu, un 22 institūti saņēma vērtējumu 1. Tas nozīmē, ka tie ir vāji un to finansēšana no valsts budžeta tiek uzskatīta par nelietderīgu. Pārmetumi, ka Latvijas augstskolas slikti sagatavo topošos speciālistus, izskan jau sen, vai varētu tam piekrist? Vai prasības pret studentiem Latvijā un citviet ir tik atšķirīgas?
Kāds mans students, kurš tagad studē ļoti pazīstamā ASV augstskolā, raksturoja situāciju tā: labākie kursi Latvijā ir līdzvērtīgi labākajiem kursiem ASV, bet ir ievērojama atšķirība vājāko kursu ziņā. Tam ir divi cēloņi. Pirmkārt, Latvijas problēma ir trūcīgais finansējums. Otrkārt, Latvijas akadēmiskā vide nav pietiekami prasīga. Citās valstīs, lai kļūtu par labas augstskolas pasniedzēju, ir jāiztur daudz nopietnāka atlase. Ir jāmainās gan finansējumam (un tas ir uzdevums valdībai), gan arī zinātnieku attieksmei pret to, kā mēs izvēlamies savus nākamos kolēģus - topošos pasniedzējus un zinātniekus - un kādas prasības mēs viņiem izvirzām.
Minētajā pētījumā arī secināts, ka matemātikas un fizikas nozares Latvijā ir samērā spēcīgas. Cik svarīgi spēlētāji esam pasaulē?
Ik pa laikam ir kāds Latvijas zinātnieks, kura pētījumi iegūst starptautisku rezonansi. Manā zinātnes nozarē (datorzinātnes matemātiskajos pamatos) mūsu vecākās paaudzes zinātnieki (Vilnis Detlovs, Eižens Āriņš, Jānis Bārzdiņš, Rūsiņš Mārtiņš Freivalds) stažējās vai izstrādāja savus doktora darbus Maskavā un Novosibirskā - stiprākajās padomju laika zinātniskajās organizācijās mūsu nozarē. Tur viņi iepazinās ar tobrīd aktuālākajām zinātniskajām tēmām un veica ļoti interesantus pētījumus.
Vēlāk, kad es 1997. gadā aizbraucu uz Berkliju, kas datorzinātnē ir viena no četrām visaugstāk vērtētajām augstskolām pasaulē, tur vairāki kolēģi zināja par Kārļa Čerāna pētījumiem. Tagad pasaulē plaši izskanējuši mani darbi, un aug arī nākošā matemātiķu un datoriķu paaudze. Kad es saņēmu Eiropas Zinātnes padomes atbalstu, vairāki recenzenti ļoti atzinīgi izteicās arī par manu doktorantu Aleksandru Belovu, nosaucot viņu par «iespējams, vislabāko jauno zinātnieku kvantu skaitļošanas teorijā pasaulē».