Prof. dr hab. Dariusz Chruściński - nauki fizyczne, fizyka matematyczna. Nominacja w uznaniu za fundamentalne prace dotyczące matematycznego opisu informacji kwantowej.

Dariusz Chruściński jest wybitnym specjalistą fizyki matematycznej. Jego zainteresowania badawcze skoncentrowane są na dynamice układów otwartych (z niemarkowowską historią ewolucji, z tzw. stochastycznymi skokami kwantowymi) i kwantowej teorii informacji. Jego największym osiągnięciem są m.in. matematyczne badania splątania, w tym wprowadzenie nowych kryteriów splątania opartych na tensorze korelacji oraz koncepcji lustrzanych świadków splątania. Prof. Chruściński rozwinął teorię układów otwartych uwzględniającą niemarkowskie efekty pamięci, wprowadzając koncepcję stopnia niemarkowowskości opartego na pojęciu k-podzielnych odwzorowań.

Splątanie kwantowe ma fundamentalne znaczenie dla funkcjonowania komputerów kwantowych, które w przyszłości mogą umożliwić prowadzenie skomplikowanych obliczeń na niespotykaną skalę w niezwykle krótkim czasie. Dariusz Chruściński jest światowym liderem w tej tematyce - autorem szeregu fundamentalnych prac, które (jak pisze prof. Ryszard Horodecki, recenzent kandydatury) rozwiązują w sposób „nowatorski i matematycznie elegancki" zagadnienia detekcji splątania, jak również klasyczne problemy teorii operatorów.

Prof. dr hab. Dariusz Chruściński kieruje Katedrą Fizyki Matematycznej Uniwersytetu Mikołaja Kopernika, współpracuje z wieloma wiodącymi ośrodkami naukowymi w dziedzinie kwantowej teorii informacji i układów otwartych.

Recenzent kandydatury: prof. dr hab. inż. Ryszard Horodecki, członek rzeczywisty PAN, Międzynarodowe Centrum Teorii Technologii Kwantowych, Uniwersytet Gdański.

Jakie są Pana fascynacje naukowe i zawodowe marzenia?

Generalnie zajmuję się fizyką teoretyczną i matematyczną, a w szczególności mechaniką kwantową. Teoria ta zajmuje się opisem mikroświata, tzn. świata bardzo małych obiektów (małych w porównaniu z obiektami, z którymi mamy do czynienia w życiu codziennym), np. atomów, elektronów czy też innych cząstek elementarnych. (…). Z grupą współpracowników zajmujemy się kwantowymi układami otwartymi. Problem, który nas interesuje, to odpowiedź na pytanie jak otoczenie wpływa na własności układu (…).

W naszych badaniach istotną rolę odgrywa matematyczna reprezentacja obiektów fizycznych. Fizyka kwantowa wymaga użycia zupełnie nowego aparatu matematycznego. Formalizm, który stosujemy do opisu obiektów w skali makro, przestaje być użyteczny w opisie mikroświata. W życiu codziennym przypisujemy obiektom położenie i prędkość. W mikroświecie jest to niemożliwe z powodu fundamentalnego prawa fizyki kwantowej, jakim jest zasada nieoznaczoności Heisenberga. Formalizm matematyczny używany w fizyce kwantowej jest niezwykle elegancki i równocześnie bardzo abstrakcyjny. Formalizm ten pozwala jednak na opis, który jest fantastycznie zgodny z wynikami eksperymentów! (…)

Inny aspekt naszych badań wiąże się z bardzo modnym pojęciem, jakim jest kwantowe splątanie. To po prostu pewien szczególny rodzaj korelacji, który pozwala na istnienie takich niezwykłych zjawisk jak np. słynny kot Schrödingera. Otóż korelacje tego typu są nieodłączną częścią układów otwartych, które w czasie ewolucji zostają „splątane” z otoczeniem. W dużym stopniu własności samego układu zależą od tego, jak silne jest owo splątanie. Zagadnienia te mają również bardzo ciekawy aspekt matematyczny. Jest to zatem kolejna ilustracja głębokiego związku między fizyką i matematyką.

Fascynuje mnie ten niezwykły związek matematyki i fizyki. W naszych badaniach intensywnie używamy teorii, która w matematyce pojawiła się w połowie lat 50. XX w. Szybko się okazało, że pojęcia, które teoria ta wprowadza, doskonale „pasują” do reprezentowania własności realnych układów fizycznych. Co więcej, użycie tej „nowej” matematyki prowadzi do niezwykle eleganckiego sformułowania teorii fizycznej. Formuły, które dostajemy są po prostu bardzo estetyczne. Jest to zresztą jedno z kryteriów naszych badań. Czy wynik przeprowadzonej analizy jest dostatecznie elegancki? Jeśli jest super skomplikowany i zagmatwany, to może nasze założenia nie są poprawne lub cała analiza jest błędna.

Marzenia? Realizować ciekawe projekty z fajnymi współpracownikami i najlepiej w ciekawych miejscach. Niestety pandemia w znaczny sposób ograniczyła nasze kontakty.

Czy Pana badania mają zastosowanie w życiu codziennym człowieka?

Badania, które obecnie prowadzimy mogą mieć potencjalne zastosowania w nowoczesnych technologiach kwantowych, tzn. technologiach, które w istotny sposób wykorzystują prawa fizyki kwantowej. Przykładem jest kwantowa kryptografia. Od wielu lat trwają intensywne prace nad stworzeniem kwantowego komputera. Zasadniczym problemem technologii kwantowych jest właśnie destrukcyjny wpływ otoczenia na układ kwantowy. Teoria może pokazać, jak można taki wpływ ograniczyć, lub zamiast z nim walczyć, jak można go wykorzystać. Ale nawet gdyby nie prowadziło to do dających się przewidzieć zastosowań, to i tak warto te badania prowadzić. Prędzej czy później mogą okazać się ważne i być może również przydatne. Co więcej, często prowadzą do zaskakujących powiązań z innymi ważnymi problemami.

Co uważa Pan za największe wyzwanie nauki na następne 10 lat?

Nie czuję się kompetentny, aby wypowiadać się o wyzwaniach całej nauki. W fizyce takie wyzwanie to na przykład stworzenie kwantowej teorii grawitacji. Co prawda nie dysponujemy obecnie wynikami eksperymentów, których wyjaśnienie wymagałoby kwantowej teorii grawitacji. Natomiast nie jest jasne, dlaczego grawitacja wymyka się z dobrze znanego schematu, który znakomicie sprawdził się w przypadku innych oddziaływań. Wyzwaniem jest na pewno ciemna energia i ciemna materia, które według ostatnich danych obserwacyjnych są głównymi składnikami obserwowanego Wszechświata!