Navdušena nad enačbami in numeričnimi simulacijami

»Možnost, da sem radovedna. Da imam službo, v kateri lahko rastem, se učim, neprestano raziskujem. Pa tudi upanje, da bo moje delo morda vsaj nekoliko pozitivno vplivalo na družbo,« odgovori na vprašanje, kaj ji pomeni znanost, dr. Zala Lenarčič, zaposlena na oddelku za teoretično fiziko na Institutu Jožef Stefan. Oktobra se je po petletnem izpolnjevanju znanja na Univerzi v Kölnu v Nemčiji in nato na Kalifornijski univerzi v Berkeleyju vrnila v Slovenijo.

V raziskavah poskuša odgovoriti na nekatera temeljna vprašanja o kvantni snovi. »To počnem tako, da kvantni sistem vzbudim in potem spremljam, kako se odzove. Res gre za bolj temeljne raziskave v fiziki, a te imajo lahko tudi aplikativne aspekte, saj lahko pri tem opazimo nove funkcionalnosti kvantne snovi. Vem, sliši se zelo abstraktno, a v praksi gre za materiale, ki jih osvetlimo z laserjem, ta jih vzbudi in potencialno pošlje v neko novo stanje. Sprašujemo se na primer, ali lahko tako dobimo nova hitra stikala, ki preklapljajo med izolatorskim in prevodnim stanjem na pikosekundni (0,000000001 s) skali. Ali lahko tako uresničimo bolj učinkovit prenos energije. Tudi na področju fotovoltaike bi lahko na takšen način našli nove rešitve,« razloži.
 

Še več podobnih člankov v rubriki Dom je svet. 

Poudari, da je teoretik, ki uživa na nivoju enačb in numeričnih simulacij. »Gre za abstraktno področje, kjer na idealiziran in matematično čist način poskušamo razumeti posledice kvantne narave snovi. Zelo pogosto se v naravi idealizirane, a izjemno zanimive kvantne lastnosti ne bodo realizirale, ker smo v teoretičnem opisu zanemarili določene realne komponente. V svojem delu raziskujem, kako uporabiti vzbujanje, da bi bile te izjemne lastnosti vseeno opažene in potencialno uporabljene v kvantnih tehnologijah. A pot do tam je dolga. Zame je material tipično le sklop elektronov, ki interagirajo med seboj, upoštevajoč določene simetrije. Da se izbere pravi material, je treba bolj podrobno upoštevati njegove dotične aspekte. Pričakovanja morajo biti potrjena eksperimentalno in šele kasneje je industrija.«



V to drugo plat kovanca je za zdaj še ni potegnilo. Od vedno se je čutila teoretičarko: »Že ko smo imeli med študijem praktične vaje, me te niso poklicale. Po študiju sem bila velik idealist, zanimal me je predvsem fascinanten kvantni svet in kako ga opisati z enačbami. Zdaj pa ob vseh izzivih, ki jih, denimo, predstavlja podnebna kriza, čutim željo, da bi bilo moje delo delno uporabnega značaja, da bi dodala kamenček v mozaik rešitev.«

Njena ljubezen do fizike se je rodila že v osnovni šoli in se nadaljevala na bežigrajski gimnaziji. »Med študijem fizike v Ljubljani pa se je zgodila ljubezen na prvi pogled v kvantno mehaniko.« Sprva je še kolebala med visokoenergijsko fiziko, ki se ukvarja z osnovnimi gradniki vsega okoli nas, in bolj prizemljeno verzijo kvantne mehanike, za katero se je nato tudi odločila. »Zdaj je vsekakor izjemen čas za moje področje. V zraku je kvantna revolucija, razvijajo se kvantni računalniki. Zelo živahno je dogajanje, zato je bila po mojem odločitev kar prava.«

Je pa kot otrok sanjala, da bo astronavtka. »Res,« se zasmeje. »Prva knjiga, ki je name pustila velik vtis, je bila o planetih. In potem sem si seveda želela potovati v vesolje. V srednji šoli sem se precej navduševala tudi nad fuzijo, ampak spoznala sem, da je področje že zelo dodelano, ne gre več za bogato fizikalen, ampak predvsem inženirski problem, zato to področje zame ni bilo dovolj čisto.«

Sodelavci iz vsega sveta

Pri svojem delu rada vseskozi vsaj nekoliko spreminja teme raziskovanja, saj je tako po njenih besedah bolj zabavno, hkrati pa s tem širi nabor pristopov do določenega problema. Znanje si s kolegi vseskozi tudi izmenjujejo. »Prav zato je podoktorska izkušnja v tujini tako dobrodošla. Tam pravzaprav spoznaš svoje bodoče sodelavce v najširšem pomenu besede. Sploh na Berkeleyju je bila velika koncentracija odličnih znanstvenikov, srečevali smo se tako raziskovalci na moji stopnji kot priznani profesorji. Še vedno sem del skupine, kjer si izmenjujemo znanje o strojnem učenju, o globokih nevronskih mrežah. Tako s kolegi iz Nemčije, ZDA in od drugod v tem krožku razmišljamo o bodočih projektih,« pove in doda, da se zdaj sploh tudi prek različnih projektov, ki jih financira EU, spodbuja mreženje znotraj Evrope. »Vsekakor smo med pandemijo spoznali, da je pravzaprav vseeno, ali imaš sodelavca v Ljubljani ali Nemčiji. Naučili smo se novih oblik komunikacije in izmenjave idej. Ogromno je zdaj tudi online konferenc, tako da s tega stališča je bil covid za znanost vsekakor dober.«

Prek Kölna na Berkeley ...

Po doktoratu, ki ga je spisala pod mentorstvom prof. dr. Petra Prelovška, je najprej za tri leta odpotovala v Köln, kjer je bila del skupine prof. dr. Achima Roscha. »Osebno je bila to zelo pomembna postojanka, saj sem lahko uvidela, kako znanost deluje v različnih sistemih. Takrat sem bila še precej sveža raziskovalka, a mi je profesor v somentorstvo nemudoma dal študenta, da sem se naučila tudi sodelovanja z mlajšimi kolegi. Vsekakor lahko rečem, da je bilo moje delo tam najbolj prebojno do zdaj. Še vedno črpam ideje iz projekta, s katerim smo takrat odprli neko povsem novo področje, kar se seveda ne zgodi pogosto.«

Kot razloži, so poskušali generalizirati princip tople grede. »Topla greda se lahko tako zelo segreje, ker je energija znotraj grede približno ohranjena. Le malo je uhaja skozi steklo in te izgube kompenzira sonce, celo pozimi. Ta koncept smo prestavili v kvantne sisteme, kjer so poleg energije približno ohranjene tudi druge količine. Ena takih je, na primer, energijski tok. Energijski tok je popolnoma ohranjen v teoriji, ne pa tudi v v dejanskem materialu, ki ga naša teorija le približno opiše. Tam transport energije ne bo potekal brez sipanja. Pokazali smo, da lahko materiale vzbujamo na način, da se te nepopolnosti kompenzirajo, podobno kot sonce kompenzira izgubljeno energijo v topli gredi. Tako kot sonce lahko doseže visoke temperature v topli gredi, bi s šibkim laserskim obsevanjem določenih materialov dosegli visokoenergijske tokove in realizirali nekakšen kvantni hladilnik,« pove in doda, da za zdaj še ni eksperimenta, ki bi te napovedi potrdil.



Tudi sicer ji je nemški življenjski slog ustrezal, a ga je za dve leti nato zamenjala za kalifornijskega. Dobila je namreč mesto v skupini prof. dr. Ehuda Altmana na univerzi v Berkeleyju. Tam se je med drugim seznanjala z izolatorji, ki so zaradi kvantne narave izolatorji pri vseh temperaturah. »Tipično je snov izolator le pri nizkih temperaturah, ne pa tudi, če jo segrejemo, zato je to še kar kontroverzno vprašanje na našem področju. Raziskovali smo, kako robustna je ta lastnost. Seveda bi bilo zelo zanimivo poiskati njene aplikacije tudi v kvantnih tehnologijah.« Na Berkleyju se je seznanjala tudi s kvantnim računalništvom in globokimi nevronskimi mrežami. Kot pove, je očitno, da v ZDA ogromno sredstev vlagajo v ta področja, saj so zanimiva za njihova največja tehnološka podjetja. Podobno je tudi na Kitajskem, medtem ko Evropa za zdaj nekako zaostaja v kvantni tekmi. »V ZDA je vse na zelo visokih frekvencah. Berkeley je izjemno zeleno mesto, zelo prijazna in vidno izobražena skupnost, ampak vseeno je to Amerika, ki je zaznamovana s superlativi, na drugi strani pa je beda. Čuden je občutek ob vseh brezdomcih v San Franciscu. V Evropi sledimo neki zmerni poti, medtem ko je v ZDA vse v ekstremih. Ne bodo popravili železnic, raje bodo gradili hyperloop,« spregovori o razlikah in doda, da pa vsekakor pogreša ocean. »To pa je povsem nova dimenzija, zreti v ocean. Že zaradi tega sem vesela, da sem bila tam.«


 

... in nazaj v Ljubljano

Kako se je nato zgodila pot domov? Pove, da je bila to skupna odločitev s partnerjem, prav tako raziskovalcem. Želela sta si najti mesto, kjer bi lahko bila v znanosti zaposlena oba, kar je zahtevna naloga. »Dobila sva poziciji v New Yorku, hkrati pa se je tudi pokazala možnost zaposlitev na IJS. Bila sem pred veliko dilemo. Priznam, da je bila to ena najtežjih odločitev, ker je bila tudi ameriška ponudba dobra. Čutila sem, da moram sistemu, ki me je izobrazil, na neki način vrniti. Vendar, ali mu bolje vrneš, če se vanj vrneš ali če najdeš prepoznavno pozicijo v tujini in postaneš neka vez za bodoče študente? A ker se predvsem čutim kot Evropejka, sem se, no, sva se odločila za vrnitev v Slovenijo. Tu zdaj gradim svojo skupino, saj sem dobila sredstva na reintegracijskem programu Aleša Debeljaka, ki je pravzaprav edini program, na katerega se lahko iz tujine prijavljaš na razpise ARRS (Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije). Ravno zdaj v mojo skupino pride podoktorski raziskovalec iz tujine.«

V prostem času Zala uživa v sprehodih v naravi, v hribih in v kulturi – med zaprtji je močno pogrešala kulturne prireditve – ter v sodobnem plesu. »Fizičnost sodobnega plesa je odlična protiutež mentalnemu delu. Gre za zelo dobro ravnovesje.«