A megoldható kvantumelméletek dinamikája

Korábban a BME-n dolgozott, hogyan került idén szeptembertől az ELTE-re?
A Lendület-pályázatban eleve azt jelöltem meg, hogy az ELTE-n szeretném elindítani a kutatócsoportot. Az MTA a pályázat során pluszpontokkal értékeli mind az országon belüli, egyetemek közti mobilitást, ahogyan azt is, ha külföldön dolgozó kutató költözik haza új csoportot alapítani. Az ELTE személyesen is fontos volt számomra, igazi öröm és megtiszteltetés itt dolgozni, hiszen magam is itt készítettem az MsC-s diplomamunkámat és a PhD-met is. Ezután három év kutatómunka következett az Amszterdami Egyetemen, majd amikor hazajöttem, a korábbi témavezetőm, Takács Gábor kutatócsoportjához csatlakoztam, aki most a BME-n dolgozik. Most jutottam el odáig, hogy saját kutatócsoportot tudjak indítani, és fontos volt számomra, hogy függetlenedjem a régi oktatóimtól. A kutatásunk jól illeszkedik az Elméleti Fizikai Tanszék hagyományaihoz, miközben új kutatási területet is próbálunk meghonosítani.

A kvantumfizika az elmúlt 15–20 évben felkapott témává vált, korábban is ezzel foglalkozott?
Valóban, az elmúlt időszakban a kvantumszámítógépek, a kvantumos titkosítás kulcsszavai nagyot futottak a sajtóban, a kvantumtechnológia ígéretei benne voltak a levegőben, de engem nem ez motivált.

Örök vágyam volt a természet alapvető törvényeinek megismerése.

Az egész az általános iskola végén kezdődött, amikor ismeretterjesztő irodalmat kezdtem olvasni, Stephen Hawkingtól Az idő rövid története és Steven Weinbergtől Az első három perc meghatározó művek voltak számomra. Éreztem, hogy a misztikus történetek mögött komoly matematikai tudás rejlik, nagyon tetszett, hogy a matematikát fel lehet használni a természeti törvények leírására. Ez a lelkesedés kitartott az egyetemi éveimig, ahol kihívásnak éreztem, hogy megértsem az olyan bonyolult elméleteket, mint a kvantum- és részecskefizikai elméletek. A PhD-kutatásomban kezdtem komolyabban foglalkozni az úgynevezett megoldható kvantumelméletekkel, a mostani kutatás ezeken az alapokon, de egy kicsit más irányba indult el.

A megoldható kvantumfizikai modelleket már korábban vizsgálták, az azóta elhunyt Horváth Zalán, illetve Palla László, Bajnok Zoltán, Takács Gábor és természetesen az ő tanítványaik. A mi projektünk ezt a kutatási irányt szeretné folytatni, újraéleszteni. Az új témák és módszerek nagy részét az Amszterdami Egyetemen tanultam Jean-Sébastien Caux professzortól.

Miről szól a konkrét kutatási projekt?
Ha annyit mondok, hogy megoldható kvantumelméletek dinamikája, az nem sokat mond az átlag olvasónak. A mi kutatási területünk valahol az elméleti fizika és matematika határterületén helyezkedik el. Olyan elméleteket próbálunk megoldani, ahol matematikai módszerekkel, egyenletekkel, képletekkel kiszámolhatók konkrét fizikai mennyiségek.

A legtöbb elmélettel kapcsolatban ismerjük az alaptörvényeket, vagyis hogy a rendszer egy-egy alkotóeleme hogyan lép kölcsönhatásba a többivel. De

ha sok elemet rakunk össze, akkor már nem tudjuk megjósolni a kísérlet kimenetelét,

nem tudjuk előre, hogy mi fog történni. Klasszikus példa erre a tömegvonzás. Azt le tudjuk írni egzakt képletekkel, Kepler törvényeivel, az ellipszispálya törvényeivel, hogy a Föld hogyan kering a Nap, pontosabban a közös tömegközéppont körül. De ha a rendszerbe bevesszük például a Jupitert, a három test egymásra hatását már nem tudjuk megoldani képletekkel. Ilyenkor vagy közelítő számítást lehet végezni, vagy számítógépes szimulációval kell megjósolni az eredményt. A kvantummechanika még ennél is bonyolultabb, mert sokkal több a változó benne.

Mi azokat a speciális elméleteket vizsgáljuk, amelyek a rendszer bizonyos tulajdonságai miatt mégis leírhatók matematikai képletekkel, ezeket hívjuk megoldható kvantumelméleteknek. Az általunk vizsgált modellek térben egydimenziósak, például egy egyenes mentén helyezünk részecskéket, amelyek kölcsönhatásba lépnek egymással. Az egyenesre merőleges irányban a részecskék nem tudnak elmozdulni, kevesebb lesz a változó, és bizonyos extra feltételek teljesülés esetén már leírhatóvá válik a kvantummechanikai anyag viselkedése. Fogunk ezer atomot, elhelyezzük őket egy egyenes mentén, és megnézzük a dinamikai tulajdonságaikat. Egydimenziós mozgásnál a kvantumos korrelációk sokkal erősebbek, a rendszer furcsa viselkedést tud mutatni, ezt a viselkedés próbáljuk lemodellezni a matematika eszköztárával. E terület igen szoros kapcsolatban áll a matematikával, de más egyetemeken végeznek konkrét kísérleteket is ezekkel a rendszerekkel, amelyek az egész fizika számára is érdekesek lehetnek.

Hogyan épül fel az ötéves kutatási program?
A Lendület pályázat magyar viszonylatban kiemelkedő lehetőség, nyugati viszonylatban is értelmezhető keretösszeggel. Mi a Lendület 1. programban nyertünk támogatást, az éves támogatási összeg 40–45 millió forint között mozog. Elméleti kutatást végzünk, ami azt jelenti, hogy a számítógépen és papíron kívül nemigen van szükségünk más eszközökre, a támogatás négyötödét a kutatói bérekre fordítjuk. A fennmaradó összegből végezhetünk eszközbeszerzést (egyszerű laptopokra kell itt gondolni), illetve ha a koronavírus nem borította volna fel az életünket, akkor a konferenciákkal kapcsolatos költségeket fedezte volna.

Mi lehet a kutatásuk gyakorlati haszna a jövőben?
Ha megengedek magamnak egy nagyívű álmodozást, akkor az, hogy

a kutatás hozzájárul ahhoz, hogy az erősen kölcsönható kvantumos anyagot tudjuk kontrollálni.

Ez bizonyos értelemben hasonló feladat, mint a kvantumszámítógépek fejlesztése, bár a konkrét rendszerek mások és így az esetleges alkalmazások is eltérőek lehetnek. Ugyanakkor nem tagadom, hogy a személyes érdeklődésem inkább a matematika felé húz, ezért bízom abban, hogy a mi eredményeink a tudományág művelői, a matematikusok és a matematikai fizikusok számára is felhasználhatók lesznek.

Kik a csoport tagjai?
Nagyon büszke vagyok rá, hogy rajtam kívül már két posztdoktori kutató csatlakozott hozzánk. Szeptemberben érkezett Gombor Tamás, aki a Wignerben dolgozott korábban, vele már közös publikációnk is van. A másik egy ukrán kutató, aki már most velünk dolgozik, bár hivatalosan csak októbertől lesz tagja a csoportnak. Komoly eredménynek tartom, hogy egy külföldi posztdoktori kutatót tudtunk idecsábítani, aki korábban egy németországi egyetemen dolgozott. Ritkaság, hogy Magyarország az agyelszívásnak nevezett folyamatban kivételesen a nyertes oldalon szerepel, ez még aktívabbá, nemzetközibbé teszi a kutatási környezetet.

Hallgatói szerződéssel érkezik még két PhD-hallgató, egyikük jelenleg másodéves a BME-n, a másikuk elsőéves az ELTE-n, illetve van még egy mesterszakos hallgatónk is. Az a terv, hogy két vagy három év múlva egy vagy két újabb posztdoktori kutató csatlakozik hozzánk. Egy további kutató már eleve be van tervezve a mostani pályázat keretébe, a már megalakult Lendület-kutatócsoportok pedig jó eséllyel pályázhatnak további támogatásokra. Ez persze nagyban függ az első években nyújtott teljesítményünktől.

Mit lát szűk keresztmetszetnek a rendszerben, hogyan lehetne javítani a kutatók lehetőségein?
A pályázattal kapcsolatos adminisztráció borzalmasan sok energiát vesz el, egyszerűsíteni kellene a rendszeren. Ezt nem én mondom, inkább a kutatók általános véleményét szeretném ezzel tolmácsolni. Az ELTE munkatársai ott segítenek, ahol tudnak, de az országos szabályozás olyan bonyolult és nehézkes, hogy sok folyamatot lelassít, egy egyszerű számítógép-beszerzés például fél évig is eltarthat. Ha tényleg versenyképesebbé szeretnénk tenni az országot és az egyetemeinket, akkor ezen a területen sokat kell még dolgoznunk.