Към дъното на чашата в науката

В странната реалност на квантовия свят частиците може да са на две места едновременно и един електрон да премине едновременно през два процепа. Как става това и как наблюдателят влияе на резултата и го прави неопределен?

Тези загадки продължават да привличат вниманието на учените. В „Страната на квантовите чудеса“ попада и Венелин Тодоров, носителят на

голямата награда „Джон Атанасов“

за 2021 г. Той е доктор по математика от Института по информационни и  комуникационни технологии към Българската академия на науките и е доцент по информатика и компютърни науки със специалност „Моделиране на сложни системи с голяма размерност“ в Института по математика и информатика към БАН. Доц. Тодоров е едва вторият българин, живеещ и работещ в България, който получава това престижно отличие. През 2020 г. носител на приза, връчван от българския президент от 19 години насам, стана Златко Минев, доктор по приложна физика в университета Йейл в САЩ. Негово откритие разрешава 100-годишен спор между учените Бор, Шрьодингер и Айнщайн – главните архитекти на квантовата физика. Българинът доказа възможността квантовите скокове да се прогнозират и контролират.

Доц. Тодоров работи в сферата на изчислителната квантова физика. Той успява да намери решение на задачата на Ричард Файнман в квантовата механика с разработен от него адаптивен Монте Карло метод за оценка на ядрото на Вигнер. Този метод може да доведе до

технологичен пробив

в практическото използване на квантовите компютри. Иновативният му подход позволява за първи път да се направи многоразмерно моделиране на квантови системи с много голям брой частици, за които по-рано е било невъзможно да бъдат симулирани. Основните постижения на доц. Тодоров се състоят в създаването на високоефективни стохастични (случайни – в Теория на вероятностите) и детерминистични подходи за оптимизация на алгоритми и моделиране на сложни системи с много голяма размерност. Тези знания може да имат приложение при моделиране на невронните мрежи в изкуствения интелект, киберсигурността, високопроизводителните пресмятания в квантовата механика и финансовата математика. Методите  му подобряват с над 4 порядъка резултата на съществуващия досега най-добър алгоритъм. Имат успех също и при прогнозиране на атмосферни процеси с много голяма размерност - при далечен пренос на замърсители, устойчиво земеделие, екология, биоикономика, здравеопазване.

Венелин Тодоров е носител на голямата награда „Питагор“ за млад учен за 2021 г. на министъра на образованието и науката, носител на наградата на БАН за млади учени до 35 години в областта на информационните и комуникационните науки и технологии ,,Професор Марин Дринов“ за 2019, награда на БАН за най-успешен проект по Програмата за подпомагане на млади учени, както и награда за най-добър млад учен на БАН за 2018 г. Още като ученик в математическата гимназия в Русе обичал да

решава сложни задачи

и се откроява с призовите места, които печели в много олимпиади. Влиза в Софийския университет без приемен изпит. Имало е възможност да остане да следва в Русе, но майка му настоява да учи в София. Именно този избор го отвежда в сферата на науката и затова той й посвети наградата „Джон Атанасов“. По време на следването разбира, че приложението на математиката в други науки и изчислителната математика са сфера на най-силния му интерес. Магистратурата му е на тема „Изчислителна математика и моделиране“, след което вратите на БАН се отварят за него. Ръководител му става проф. Иван Димов, за когото казват, че е откривател на таланти.

Квантовата физика

е всепризната за изключително трудна материя. Нобеловият лауреат Ричард Файман дори казва, че никой не разбира от нея. А Вернер Хайзенберг, също Нобелов лауреат по физика, извежда Принципа на неопределеността - поради намесата на наблюдателя и непрeдвидимото поведение на отделните кванти винаги остава известна неопределеност за скоростта или за положението на електрона, а в някои случаи и за двете. В своите научни търсения в квантовата физика Хайзенберг стига да идеята, че има интелигентен творец дизайнер. И за почуда на мнозина, които не си представят как се съчетават здрави научни принципи с религиозна вяра, германският физик произнася знаменитата си фраза: „Първите глътки от чашата на природните науки те правят атеист, но на дъното на чашата те очаква Бог”. Вернер Хайзенберг е кумир за Венелин Тодоров и една от целите му е самият той също да стигне до „дъното на чашата“.

За тази наистина сложна материя, с която се занимава квантовата физика, младият български ученов казва: „Трудно е за описване и това е причина все още да няма квантов компютър“. И все пак какво е това квантова физика, обяснено по-разбираемо? Без колебание той отвръща: „Квантовите частици са определяни като елементарни частици, наричат се „елементарни“, но създават на физиците съвсем не елементарни главоболия. Имат двойствена природа – държат се като частица и като вълна. Те са двойка частица и античастица и нашият метод ги описва със знак. Това е иновативен метод, който никой преди нас не е използвал. С увеличаване на размерността на частиците става анихилация, унищожаване, или покриване на полюсите“.

В България продължава да се губи

връзката между бизнеса и науката

Повечето резултати остават в теоретичната сфера. Постиженията на доц. Тодоров са подходящи за използване при внедряването на интелигентни системи с голяма размерност, те ще носят стопански ползи и при обработката на големи бази данни. Според него конференциите и семинарите, на които присъстват учени и представители на бизнеса, биха допринесли научните резултати да намират по-бързо прилагане.

Учен като доц. Венелин Тодоров би направил „квантов скок“, ако приеме да развива кариера на Запад. Той обаче предпочита да работи в България: „В БАН попаднах на добри колеги и на чудесен екип, с които постигаме конкурентоспособни научни резултати, независимо че базата ни не е сравнима с най-добрите условия за научна дейност по света“. Има и такива българи, за които най-голямата награда е да решат задача, с която учени от цял свят не са съумявали да се справят.

Текстът е част от бр. 105 на сп. "Икономика". Публикуването му в Economic.bg е по силата на търговско партньорство между двете медии.