Peter Coler pripada malom krugu fizičara čiji su teorijski radovi promijenili tok savremene nauke. Kao profesor teorijske fizike na Univerzitetu u Insbruku i naučni direktor IQOQI-ja pri Austrijskoj akademiji nauka, obilježio je razvoj kvantnog računarstva, kvantne simulacije i kvantnih informacija.
Njegov rad iz 1995. godine, objavljen sa Ignjacijom Sirakom, prvi je pokazao da kvantni računar zasnovan na zarobljenim jonima može biti stvarno izveden u laboratoriji, čime je otvoreno jedno od najdinamičnijih polja savremene fizike.
U ovom intervjuu Coler govori o tome kako je jedna teorijska arhitektura postala eksperimentalna stvarnost, zašto je kvantna simulacija danas među najuzbudljivijim pravcima fizike i zbog čega granica između kvantnog i klasičnog svijeta nije apsolutna, već zavisi od kontrole, izolacije i same mogućnosti opažanja.
Intervju je napravljen u okviru dokumentarnog serijala UCG SCI Studio — Schrödinger Equation Centenary (2026).
Vaš rad iz 1995. godine s Ignjacijom Sirakom postavio je temelje kvantnog računara zasnovanog na zarobljenim jonima. Koja je bila vaša prvobitna namjera i šta vas je najviše iznenadilo u razvoju ove oblasti?
Rad je prvenstveno bio zamišljen kao konkretan, eksperimentalno realističan nacrt — demonstracija da se kvantno računanje može, u principu, realizovati pomoću kontrolisanih atomskih sistema. Ključno je bilo identifikovati platformu koja objedinjuje duga vremena koherencije, preciznu pripremu i očitavanje stanja, kao i kontrolisanu interakciju kubita. Zarobljeni joni su nudili upravo takvu mogućnost.
Ono što nismo predvidjeli jeste brzina i dubina eksperimentalnog napretka. Operacije koje su nekada djelovale gotovo idealizovano — visokofidelne spregnute kvantne kapije, kontrola tokom izvođenja algoritma i programabilni uređaji sa više kubita — postale su laboratorijska realnost. Možda je, ipak, veće iznenađenje bio širi konceptualni uticaj. Kvantno računanje nije ostalo samo put ka bržim algoritmima; ono je promijenilo način na koji razmišljamo o spregnutosti, mjerenju, šumu i upravljivosti u složenim kvantnim sistemima.
U tom smislu, oblast se pokazala bogatijom nego što se moglo zamisliti 1995. godine. Posebno je upečatljivo vidjeti kako se Šredingerove mačke — realizovane kao kubiti, a ne stvarne mačke — „oživljavaju“ u kvantnim računarima i potencijalno izvode proračune koji nadilaze klasične mogućnosti.
Gdje vidite najperspektivnije veze između kvantne simulacije i drugih oblasti fizike?
Fizika mnogih tijela ostaje najrazvijeniji pravac. Modeli rešetki sa jakim korelacijama, neravnotežna dinamika, topološke faze i transportni fenomeni sada se mogu proučavati uz mikroskopsku kontrolu koja je prije nekoliko decenija bila nezamisliva.
Ipak, veze sa fizikom visokih energija su konceptualno najuzbudljivije. Simulacija teorija kalibracionih polja na rešetki, ograničene dinamike ili aspekata kvantne teorije polja u sistemima sintetičke materije povezuje temeljne ideje iz tradicionalno odvojenih disciplina — i može se pokazati kao jedno od najdubljih nasljeđa moderne kvantne simulacije. Kvantna hemija, uz to, predstavlja značajnu dugoročnu priliku, iako praktični izazovi skale i preciznosti za realno složene hemijske probleme ostaju veliki.
Ako bih morao izdvojiti najteži pravac, to bi bile kontrolisane simulacije zaista složenih teorija kalibracionih polja i fermionskih sistema na skalama relevantnim za otvorene probleme u fizici visokih energija ili kondenzovane materije. Teškoća nije samo u veličini sistema, već i u kontroli grešaka, pripremi stanja, mjerenju i verifikaciji.
Uopšteno, vjerujem da su kvantni simulatori među prvim kvantnim mašinama koje će postati zaista korisne — usmjereni su na probleme koje je teško riješiti klasično, a koji su već od velikog značaja za fizičare i hemičare.
Šredingerova jednačina se često smatra univerzalnim opisom prirode. Kako razmišljate o granici između kvantnog i klasičnog?
Klasični svijet oko nas ne ukazuje na drugačije zakone — on odražava činjenicu da veliki sistemi gotovo nikada nijesu izolovani. Oni postaju spregnuti sa svojom okolinom, a kroz dekoherenciju fazni odnosi koji karakterišu kvantne superpozicije postaju nedostupni na nivou opažanja i kontrole. Granica između kvantnog i klasičnog stoga nije oštra i fundamentalna; ona je operativna, određena izolacijom, upravljivošću i dostupnim informacijama.
Klasičnost je emergentna i izuzetno stabilna granica kvantne dinamike u realističnim uslovima — ona je unutar kvantne teorije, a ne izvan nje.
Kvantna simulacija je ovdje posebno zanimljiva, jer omogućava direktno proučavanje ove granice. Moguće je pripremiti sisteme koji pokazuju koherentnu dinamiku mnogih tijela na sve većim skalama i posmatrati kako se klasično ponašanje ponovo pojavljuje kako raste uticaj okoline, složenost ili povratni efekat mjerenja. Tamo gdje je koherencija dostupna, kvantna priroda sistema je vidljiva; tamo gdje nije, klasičnost se pojavljuje vrlo robusno.
Izvor: UCG
