Śpieszmy się cieszyć nagrodami dla ludzi, bo maszyny już ruszyły
Zdarzyło nam się w ubiegłych latach kilka trafnych przewidywań. W 2019 r. słusznie orzekliśmy, że najwyższy czas uhonorować odkrycia egzoplanet, a potem Noble rzeczywiście zostały przyznane Szwajcarom Michelowi Mayorowi i Didierowi Quelozza, którzy w 1995 r. dokonali odkrycia pierwszej egzoplanety, okrążającej gwiazdę podobną do Słońca w naszej Galaktyce. Rok wcześniej trafnie przewidywaliśmy, że wśród nagrodzonych będą kobiety. Wcześniej dobrze też "strzeliliśmy" z typowaniem fizyków odpowiedzialnych za odkrycia fal grawitacyjnych. W tym roku również podejmujemy próbę.
Dyżurnym kandydatem, wymienianym także przez nas do Nagrody Nobla, od lat jest Anton Zeilinger, fizyk austriacki, specjalizujący się w interferometrii kwantowej, profesor fizyki doświadczalnej na uniwersytecie w Wiedniu. Przez europejską współpracę z chińskimi ośrodkami badawczymi Austriak jest związany z głośnymi ostatnio orbitalnymi eksperymentami teleportacji kwantowej.
Być może uznanie w oczach szwedzkich akademików znajdą badania takie, jak testy nierówności i splątania Bella, kryptografia kwantowa i obliczenia kwantowe. Pierwszym eksperymentatorem, który poddał próbie twierdzenie o nierównościach Bella, był Amerykanin John Clauser. Innym znanym fizykiem z obszaru mechaniki kwantowej czekającym na Nobla jest Alain Aspect.
W latach osiemdziesiątych XX wieku kierował zespołem, który przeprowadził głośne eksperymenty potwierdzające poprawność twierdzenia Bella, że żadna lokalna teoria zmiennych ukrytych nie może opisać wszystkich zjawisk mechaniki kwantowej. Aspect należy do fizyków doświadczalnych, których Szwedzka Akademia ceni zwykle bardziej niż teoretyków.
W głośnej w ostatnich latach dziedzinie informatyki kwantowej jest wiele możliwych typów. Wymienia się Petera Shora, twórcę znanego kwantowego algorytmu, Gillesa Brassarda i Charlesa Bennetta. Brassard i Bennett mogliby dzielić połowę nagrody za opracowanie kryptografii kwantowej, podczas gdy Shor otrzymałby drugą połowę za stworzenie swojego algorytmu faktoringu dla obliczeń kwantowych.
Inną możliwością jest nagroda dla Petera Zollera i Ignacio Ciraca za ich wkład w rozwój schematów przetwarzania informacji kwantowej. Duet ten opublikował w 1995 roku przełomowy artykuł opisujący, jak komputer kwantowy może być realizowany przy użyciu zimnych jonów. Referat ten zainspirował Davida Winelanda i jego kolegów do bardzo szybkiego zbudowania takiego urządzenia, a Wineland podzielił się Nagrodą Nobla za swój wkład w rozwój systemów przetwarzania informacji kwantowej w 2012 roku.
Wśród kandydatów wymienia się w tym roku także niemłodego już Witalija Efimowa, który urodził się w Leningradzie (obecnie Petersburg), w byłym Związku Radzieckim. W 1970 roku opublikował przełomową pracę, w której przewidywał, że istnieje stabilny związany stan kwantowy materii składający się z trzech atomów, z których dwa są stabilne pod nieobecność trzeciego. Stan ten został po raz pierwszy zauważony w 2006 roku przez zespół badaczy kierowany przez Hannsa-Christopha Nägerla z uniwersytetu w Innsbrucku w Austrii, który schłodził gaz atomów cezu do temperatury 10 K.
Dwa lata temu wymienialiśmy, spekulując o Noblu, nazwisko duńskiej uczonej Lene Vestergaard Hau (1). W 1999 roku jej zespołowi z Harvardu udało się spowolnić wiązkę światła do około 17 metrów na sekundę, przez manipulacje fotonami za pomocą ultrazimnych nadcieczy i kondensatów Bosego-Einsteina. Dwa lata później udało im się całkowicie zatrzymać promień światła, a następnie uruchomić go ponownie. W nowszych pracach Hau eksperymentowała z szyfrowaniem i przekazywaniem informacji przy użyciu tych technik, co prowadzi do budowy kwantowych maszyn obliczeniowych. Nobla na razie nie dostała, ale co się odwlecze, to nie uciecze, zwłaszcza że jest, podobnie jak wspomniany profesor Zeilinger, dyżurną kandydatką.
Wytyczanie szlaku do kamuflażu ostatecznego
Kawałek złota ma pewne charakterystyczne właściwości, takie jak połysk i złoty odcień. Okazuje się jednak, że te cechy można zmienić. Jeśli naukowcy ułożą atomy złota w specjalne wzory, mogą sprawić, że metal będzie wyglądał na czerwony lub zielony albo będzie oddziaływał ze światłem w sposób, który nie występuje w naturze. Złoto staje się przykładem metamateriału niezwykłych i sztucznie zaprojektowanych właściwościach.
Potencjalne zastosowania metamateriałów wykraczają daleko poza najbardziej znane pomysły rodem z "Harry’ego Pottera", czyli kamuflaż sprawiający, że obiekty znikają w określonych zakresach fal. Mogą one na przykład pomóc w dalszej miniaturyzacji urządzeń elektronicznych i optycznych lub umożliwić inżynierom opracowanie bardziej efektywnych sposobów pozyskiwania energii ze słońca. Metamateriały mogłyby również oddziaływać z dźwiękiem lub ciepłem w pozornie niemożliwy sposób.
Wśród typów do Nagrody Nobla wymienianych w ostatnich latach byli również naukowcy rozwijający technologie metamateriałów, takie nazwiska jak: John Pendry (2), który jest autorem pomysłu wspomnianych "czapek niewidek", ale także Xiang Zhang i Ulf Leonhardt.
Kolejnym głównym pretendentem w tej dziedzinie jest David Smith. Jedna z jego pierwszych prac na ten temat z 2000 r. została początkowo odrzucona w czasopiśmie "Physical Review Letters". W ciągu następnych lat wiele się zmieniło.
Od perowskitów po nadprzewodniki
Nie jest wykluczone, że szwedzcy akademicy łaskawym okiem spojrzą tym razem na odkrycia związane z perowskitami. Pomysł wykorzystania perowskitów w ogniwie słonecznym został po raz pierwszy zademonstrowany w 2009 roku przez Tsutomu Miyasakiego (3) z Uniwersytetu Toin w Jokohamie w Japonii i jego kolegów. Być może tu należy szukać czarnego konia.
Ogniwa słoneczne z zastosowaniem perowskitów mają wiele zalet, które szeroko opisywaliśmy w wielu artykułach na łamach MT. Są stosunkowo tanie w produkcji, mogą pochłaniać energię na wszystkich widocznych długościach fal światła słonecznego i mogą być rozpylane lub malowane na zróżnicowanych powierzchniach. Nad rozwojem tej techniki pracuje m.in. firma Saule Technologies, założona przez uzdolnioną młodą polską naukowczynię, Olgę Malinkiewicz. Jednak przeciwko upatrywaniu w perowskitach potencjału noblowskiego przemawia niedojrzałość tej technologii.
Być może Komitet Noblowski przypomni sobie twórcach i badaczach kryształów fotonicznych, np. Elim Yablonovitchu, Shawn-Yu Linie i Johnie Joannopoulosie.
Albo też tym razem docenieni zostaną przedstawiciele dziedzin mniej efektownych, za to należących do najtrudniejszych, jak np. fizyka płynów. Może to być Albert Libchaber, który, pracując z systemem Rayleigh-Bénarda, eksperymentalnie potwierdził przewidywania Mitchella J. Feigenbauma, który niedawno zmarł.
Niewykluczone też, że noblistów 2022 w dziedzinie fizyki należy szukać w innych nurtach, np. wśród autorów eksperymentów badających fizykę ciała stałego lub wśród naukowców zajmujących się kwestią nadprzewodnictwa. Kto wie?
Warto wspomnieć także o czymś, co wydarzyło się latem 2022 roku, a co może być zwiastunem może nie tegorocznej ani nawet nie przyszłorocznej Nagrody Nobla, jednak w przyszłości może dojść do takiej sytuacji, że w końcu prestiżowe wyróżnienie przypadnie nie człowiekowi, lecz maszynie.
Kiedy AI z Noblem?
Czy w przyszłości wśród laureatów nie znajdą się też np. programy lub algorytmy sztucznej inteligencji, taki jak np. ten, opracowany przez naukowców z Uniwersytetu Columbia, który według doniesień "odkrył" niedawno alternatywną fizykę.
Jak to się stało i jak to w ogóle możliwe? Po wyświetleniu filmów przedstawiających zjawiska fizyczne na Ziemi, AI, zamiast skorzystać na nowo z podsuniętych jej naszych zmiennych, sięgnęła po własne, wymyślone przez siebie dane, które miały pomóc jej wyjaśnić to, co zobaczyła. AI, oglądając film pokazujący wahające się wahadło, po kilku godzinach orzekła, że zjawisko to wymagałoby do opisu 4,7 zmiennej. Dlaczego nie cztery zmienne, które jej podaliśmy? Nie jest to jasne, ale opis AI daje trafne przewidywania naukowe. Także dla innych bardziej złożonych zjawisk algorytm podawał własne liczby zmiennych opisujących zjawiska. Przewidywania maszyny są trafne, ale AI ewidentnie stosuje inny język opisu naukowego.
Czy to zapowiedź odkryć, których sami dotychczas nie byliśmy w stanie dokonać? Przekonamy się. Maszynowy wyścig po Nobla już się chyba rozpoczął.
Mirosław Usidus
