Cătălina Curceanu este cercetătoare în domeniul fizicii nucleare la Laboratori Nazionali di Frascati din Italia. A fost premiata la Gala 100 pentru Centenar de la Roma si decorata de Președinţia României cu Ordinul “Meritul Cultural” în grad de Cavaler. In 2017 a primit Emmy Noether Distinction for Women in Physics de la European Physical Society. Un articol publicat recent in revista Nature Physics, despre concluziile unui experiment efectuat impreuna cu echipa, pune sub semnul intrebarii una din teoriile fizicii moderne.
Cătălina Curceanu are o activitate importanta in popularizarea stiintei, In 2013 a publicat in Italia cartea Dai Buchi Neri all’adroterapia. Un Viaggio nella Fisca Moderna (De la Gaurile Negre la terapia cu hadroni, o calatorie prin fizica moderna). A fost invitata la mai multe conferinte si TEDx-uri (Cluj, Brasov) si publica frecvente articole stiintifice si de actualitate pe Scientia.ro.
Pentru varianta podcast a acestui interviu click aici.
321Future: Cum ati ales fizica? Atunci cand erati eleva va gandeati ca veti avea o cariera in fizica?
Cătălina Curceanu: Da. Am fost dintotdeauna convinsa, am crezut foarte mult in mine, si datorita faptului ca si parintii au crezut in mine si m-au incurajat. Am avut mare incredere in mine, in fortele mele, am fost un copil curios, care punea intrebari in continuu – ce e aia, cum e aia, cum functioneaza – si am citit foarte, foarte multe carti, mi-a placut si in continuare imi place sa citesc.
Am descoperit, in momentul in care am mers la scoala, frumusetea stiintei, matematica, fizica, si mi-a fost clar ca stiinta este cea care are capacitatea sa raspunda la intrebarile pe care mi le puneam si le puneam celor din jur, ca este cel mai bun instrument pentru a raspunde la intrebarile despre Univers, care erau cele care imi suscitau cea mai mare curiozitate. Am hotarat, de cand am avut capacitatea de a lua o decizie, sa studiez stiinta, si, dintre stiinte, fizica este cea care raspunde cel mai bine la intrebarile legate de legile fundamentale ale naturii si ale Universului. Deci alegerea a fost foarte directa, foarte usoara, avand aceste curiozitati.
321Future: Stiu ca acum lucrati in Italia, puteti sa-mi spuneti mai multe despre cum ati ajuns acolo, ce proiecte aveti, si mai ales de ce ati ales aceasta parte inefabila a fizicii, fizica cuantica.
Cătălina Curceanu: Eu am studiat fizica la Universitatea din Bucuresti, am terminat facultatea in 1989, anul Revolutiei si am ajuns in Italia cam la vreo doi ani dupa ce am terminat facultatea. Interesul meu in acel moment era deja foarte bine orientat catre fizica experimentala. Cand am ajuns in Italia, la Frascatti, langa Roma, la Laboratori Nationali di Frascati, al Institutului National de Fizica Nucleara italian, care este cel mai mare institut de cercetare pentru fizica fundamentala din Italia si unul dintre cele mai importante din Europa, nu mi-am imaginat ca o sa raman aici atatia ani. Am venit cu o bursa de studiu, la momentul respectiv eram implicata in niste experimente la CERN*, la Geneva, care studiau o forma exotica a materiei nucleare.
La putina vreme dupa ce am ajuns aici am fost implicata in experimente la un nou accelerator care era in constructie aici la Frascati, se numeste colider, este un accelerator in cadrul caruia se ciocnesc particule cu antiparticule si se genereaza noi particule, folosind acea relatie a lui Einstein, de transformare a energiei in materie. Si am inceput sa studiem, din punctul de vedere al fizicii nucleare, aceasta noua forma de materie care contine un quark deosebit, quarkul straniu.
Ulterior, prin 2005, am prezentat un proiect de cercetare intr-un domeniu total diferit de fizica nucleara – total diferit poate nu este termenul potrivit, pentru ca fizica cuantica, despre care este vorba, este la baza intregii fizici moderne – diferit ca tehnologie si metode de studiu, un proiect de studiu al principiilor fundamentale din fizica cuantica. Acesta se desfasoara intr-un laborator subteran, aflat sub muntele Gran Sasso si la ora actuala avem a doua generatie de experimente care studiaza eventuale limite de validitate ale fizicii cuantice. Acest laborator este unul dintre cele mai mari si importante laboratoare din lume pentru studiul unor procese deosebite, printre care materia intunecata, neutrinii, dar si partea de fizica cuantica, in care grupul meu este un grup lider la nivel mondial. Deci acum am o pozitie permanenta aici la Frascatti, am propriul meu grup de cercetare din care fac parte aproximativ 20 de persoane, italieni, romani, dar si persoane care provin din alte tari. Efectuam experimente in doua domenii complementare, fizica nucleara si fizica cuantica.
321Future: Suna foarte exotic, mai ales partea experimentala, pentru ca ne imaginam ca aceasta fizica tine de ecuatii, de multa matematica, de niste desene stranii… Partea experimentala mi se pare extraordinara! Imi puteti da exemple despre aceste experimente fascinante, atat de departe de simtul comun?
Cătălina Curceanu: E expresia potrivita “simtul comun”, uitandu-ne in jur avem impresia ca intelegem cum se comporta natura, credem ca ceea ce vedem in jurul nostru ar fi valabil la orice scara, la orice dimensiune. S-a demonstrat insa ca nu este asa, la nivelul atomilor, al particulelor subatomice, legile fizicii, cele de la nivelul macroscopic, nu mai sunt valabile. Exista comportamente deosebite in aceasta lume care sunt descrise de fizica cuantica, o serie de comportamente bizare care sunt foarte bine cunoscute din punct de vedere matematic, prin ecuatii cum ar fi ecuatia lui Scroedinger sau ecuatia lui Dirac (daca vrem sa tinem cont si de relativitate). Nu exista probleme matematice, ceea ce e mai greu de inteles, si acolo facem inca experimente sau se dezvolta inca filozofia stiintei, sunt acele comportamente cum ar fi suprapunerea de stari – faptul ca un electron se poate gasi in mai multe pozitii simultan, atata vreme cat nu-l masuram, nu-l observam. Atunci cand il observam – este ceea ce este descris prin paradoxul pisicii lui Scroedinger – starea sistemului colapseaza si aceasta suprapunere de stari dispare si, mai mult sau mai putin instantaneu, se izoleaza doar una dintre stari. Este o problema bine cunoscuta in fizica cuantica, se numeste problema masuratorii si are o serie intreaga de posibile solutii. Una dintre acestea, cea asupra careia lucram noi acum, la Gran Sasso, este ca ideea ca mecanica cuantica actuala nu ar fi teoria finala, ci ar exista o alta teorie, care nu stim cum arata si care ar modifica mecanica cuantica, in acelasi mod in care relativitatea lui Einstein a modificat fizica clasica. Noi incercam sa gasim semnale, un anumit fel de radiatie care ar fi emisa daca mecanica cuantica ar trebui intr-adevar sa fie modificata.
Un alt comportament interesant care este deja folosit la ora actuala in fizica moderna este acel quantum entaglement, faptul ca daca doua particule se nasc impreuna sau interactioneaza, ele raman legate una fata de cealalta atat timp cat nu interactioneaza cu alte particule din jurul lor. Oricat de departate ar fi, daca modifici una din particule, cealalta isi modifica starea instantaneu, in functie de ceea ce i s-a intamplat primei particule. Aceasta proprietate, entanglement, este una dintre cele mai bizare proprietati ale mecanicii cuantice dar este si o resursa pentru tehnologiile prezente, si mai ales tehnologiile din viitor.
321Future: Chiar citisem ca se incearca explicarea anumitor lucruri din natura prin aceste proprietati ale mecanicii cuantice, cum ar fi orientarea pasarilor in zbor sau chiar simtul mirosului…
Cătălina Curceanu: Da, se pare ca proprietati cuantice cum ar fi suprapunerea de stari ar explica o serie de procese biologice, si din acest punct de vedere suntem inca la inceput. Este vorba de orientarea pasarilor, simtul mirosului, inclusiv fotosinteza, faptul ca aceast proces este extrem de eficient, plus cine stie cate alte proprietati care ar sta la baza biologiei si chiar la baza vietii, la urma urmei.
321Future: Practic acum deschidem un nou capitol in cunoasterea vietii…
Cătălina Curceanu: Exista teorii mai mult sau mai putin bizare, mai mult sau mai putin exotice care sustin ca mecanica cuantica ar fi avut, si are un rol, in dezvoltarea, aparitia vietii, inclusiv in anumite proprietati ale constiintei, fara a intra in explicatii prea bizare… Deci ar putea avea un rol in procesele legate de viata.
321Future: Este absolut facinant. Dar, de cele mai multe ori, cand ne gandim la aplicatii ale mecanicii cuantice, ne gandim la computerele cuantice. Unii spun ca va mai dura destul de mult, sau poate chiar e o idee care nu se va putea concretiza niciodata, altii spun, dimpotriva, ca ne apropiem cu pasi mari de momentul in care computerele cuantice vor deveni o realitate, vor deveni folosibile, practic. Chiar stiu ca s-a atins deja acea suprematie cuantica, momentul in care un computer cuantic a rezolvat o serie de ecuatii, de probleme, cu o viteza cu mult mai mare decat cel mai puternic computer clasic. Pana la urma, ce sunt computerele cuantice, trebuie sa le asteptam sau sa ne temem de ele?
Cătălina Curceanu: Sunt computere care au la baza propietatile cuantice prin excelenta, suprapunerea de stari si quantum entanglement. Ele functioneaza pe principii total diferite fata de computerele actuale, care la randul lor, chiar daca au la baza fizica cuantica, o au in mod indirect – faptul ca nivelele de energie in siliciu sunt explicate prin mecanica cuantica – ele functioneaza simplu, prin modul in care curentul electric trece sau nu trece prin circuit, transformand orice operatie a noastra dintr-un limbaj pe care noi il intelegem intr-un cod binar: 0 = curentul trece, 1 = curentul nu trece.
Un computer cuantic are un principiu diferit, foloseste nu atat curent electric si circuite prin care curentul trece sau nu trece, ci sisteme fizice care se gasesc intr-o suprapunere de stari, exact proprietatea cuantica de care vorbeam mai inainte, adica un sistem care se gaseste simultan si la dreapta si la stanga, ca sa dam un exemplu.
321Future: Sunt acele computere cu inele cuantice in care curentul circula in ambele directii, simultan…
Cătălina Curceanu: Exact. Mai sunt si alte sisteme care se bazeaza pe spin, dar acesta ar fi un exemplu in care curentul circula la dreapta si la stanga in acelasi timp. In suprapunerea de stari, in locul bitului care ar avea valorile 0 sau 1 ai un sistem care are valorile 0 si 1 simultan, deci poti amplifica enorm puterea de calcul, in functie de numarul de qbiti. Cu cat acest numar este mai mare, cu atat puterea de calcul creste, in mod exponential, fata de un computer clasic.
Spus asa, pare ceva cu totul extraordinar si parca maine, deja, am putea sa ne cumparam cu totii computere cuantice. Dar exista o serie de probleme legate de construirea unor computere cuantice performante, unele tin de principiu, altele tin de tehnica si tehnologie. Cele care tin de principiu sunt intrebari precum “Este mecanica cuantica valabila la orice scala? Ne putem imagina un computer cuantic cu un numar nelimitat de qbiti?” Este ceea ce noi studiem, de exemplu, la Gran Sasso, eventuale limite ale validitatii mecanicii cuantice.
Pe de alta parte, la ora actuala, algoritmele de comunicare cu qbitii cuantici nu sunt inca dezvoltate la fel de bine ca cele pentru computerele clasice. Deci computerele cuantice sunt mult mai puternice decat cele clasice, dar acest lucru nu se aplica, in prezent, la orice operatie ci doar la anumite operatii, si anumite algoritme. Cei care vor sa programeze, in viitor, computere cuantice trebuie sa stie ca modul lor de programare nu are nimic de-a face cu limbajele actuale de programare, cum ar fi Java sau C++, sunt coduri complet diferite, pe care inca nu stim sa le scriem pentru orice fel de operatiune.
La ora actuala au fost construite computere cuantice cu zeci, poate chiar sute de qbiti. Printre acestea se numara si Sycamore, computerul de la Google care a realizat pentru prima data suprematia cuantica, ceea ce inseamna ca un computer cuantic a realizat o operatiune (chiar daca in acel caz era vorba de o operatiune obscura, care nu avea nici un fel de utilitate practica) intr-un timp mult mai scurt (in acest caz era vorba de 2 minute) decat timpul necesar celui mai puternic computer clasic pentru a rezolva aceeasi operatiune. La inceput se spunea ca ar fi fost vorba de 10.000 de ani, ulterior a apârut un articol in care se recalcula acest timp la 2.5 zile. In orice caz, am facut deja primii pasi spre suprematia cuantica.
Eu cred ca aceste computere cuantice, si nu doar ele, pentru ca ele sunt doar o parte din aceasta tehnologie, cealalta parte este legata de comunicare – asa numita quantum encryption (protocoale sigure de comunicare intre banci, operatiuni efectuate in secret) – deci eu cred ca momentul in care vom folosi aceasta tehnologie se apropie. Poate nu vom cumpara computere cuantice din magazin peste un an, dar nu am nici cel mai mic dubiu ca tehnologia cuantica, atat sub forma computerelor cuantice cat a si algoritmele de comunicare, si cine stie inca ce altfel de aplicatii, va fi cu noi in viitor.
321Future: Pentru ca toata lumea sa inteleaga, trebuie sa precizam ca rezultatul unui computer cuantic este mai degraba probabilistic, adica el nu poate calcula chiar orice si rezultatul calculelor este un anumit grad de probabilitate
Cătălina Curceanu: Exact!
321Future: Din aceasta cauza ele sunt folosite la decriptare si apare o problema in societate, pentru ca aceste computere vor decripta cu o viteza fantastica, deci vom avea nevoie de noi metode de criptare.
Cătălina Curceanu: La asta ma refeream cand spuneam ca algoritmul de scris programe pentru un computer cuantic este total diferit fata de cel al unui computer clasic, iar la ora actuala nu avem aceste coduri de criptare si decriptare inca stabilite, cu protocoale standard, samd. Insa este clar ca puterea unui computer cuantic, pentru anumite operatiuni, este cu mult mai mare decat a unui computer clasic. Este motivul pentru care in tehnologiile cuantice nu investesc numai institutele de cercetare, tehnologica sau fundamentala, ci si militarii.
321Future: Mai ales ca aplicatiile pot fi extrem de vaste, din cate am inteles se estimeaza ca un computer cu 300 de qbioti va avea o putere de calcul mai mare decat numarul tuturor atomilor din Univers. Deci la un moment dat, peste un numar de ani, am putea simula universuri intregi.
Cătălina Curceanu: Da, dar am putea simula ceea ce credem noi ca este Universul, sa nu uitam ca Universul are 96% materie si energie intunecata…
321Future: Un alt lucru fascinant asupra caruia lucrati…
Cătălina Curceanu: Lucram in mod indirect, da!
321Future: Va multumesc foarte mult, cred ca ceea ce faceti este o munca fantastica si mai cred ca lumea ar trebui sa stie ca lucrurile acestea chiar se pot realiza. Noua ni se pare ceva extrem de exotic si probabil ca multi tineri de acum isi spun “Nu o sa ajung eu sa lucrez in fizica cuantica!” dar se poate ajunge, nu?
Cătălina Curceanu: Absolut, si tocmai de aceea as vrea sa le adresez un mesaj tinerilor, legat de tehnologiile viitorului, dintre care tehnologia cuantica este una dintre cele mai interesante. Exista in lumea viitorului o serie intreaga de posibilitati pentru tineri, care ar putea sa-i impinga spre a studia stiinta si noile tehnologii, pentru un viitor in care participarea lor este mai activa si ei se implica direct in numar mai mare, nu sunt doar utilizatori total ignoranti ai acestor tehnologii. Atunci cand stii ai mai multa putere. Cunoasterea este putere, putere de a folosi, putere de a transforma, putere de a inventa noi si noi lucruri sau utilizari noi ale unor tehnologii pe care le cunoastem. Legat de computerele cuantice acestea pot fi utilizate intr-o serie intreaga de domenii, de la simularea unor lumi virtuale pana la cunoasterea Universului, sau a creierului, sau, de ce nu, identificarea unor modalitati in care un virus interactioneaza cu organismul pentru a gasi medicamente sau tratamente mult mai rapid, un lucru extrem de important intr-o societate care se poate confrunta cu noi amenintari. Tehnologiile viitoprului pot fi folosite, deci, inclusiv in acest domeniu.
Exista oportunitati incredibile pentru viitor, pentru cine are sete de cunoastere, curiozitate si dorinta de a aplica aceste cunostinte despre lume, societate si Univers.
*CERN: Consiliul European pentru Cercetare Nucleară, organizație europeană de cercetare științifică, care operează cel mai mare laborator din lume pentru cercetarea particulelor elementare. Laboratorul este situat la câțiva kilometri nord-vest de Geneva, la granița dintre Elveția și Franța. Funcția primară a complexului CERN este de a furniza acceleratoare de particule elementare și alte tipuri de infrastructuri necesare fizicii particulelor de energii înalte. La CERN au fost realizate numeroase experimente de diferite tipuri, implicând colaborarea internațională. (wikipedia)
