Výrazně zpřesnit složitá kvantová měření dokázali pomocí umělé inteligence Dominik Vašinka a Miroslav Ježek z katedry optiky přírodovědecké fakulty. Díky tomu získali prestižní Cenu Wernera von Siemense za první místo v kategorii Nejlepší diplomová práce. Budoucí praktické využití výsledků jejich bádání zaměřeného na aplikaci umělé inteligence v kvantových měřeních je široké – uplatní se především v oblasti metrologie a řízení složitých systémů včetně kvantových zařízení, jako jsou například kvantové procesory a senzory.
Velké množství vědeckých oblastí i technických aplikací vyžaduje přesné ovládání složitých fyzikálních systémů pro dosažení požadovaného stavu či průběhu procesu. Klíčovou úlohou k jejich řízení je precizní nastavení kontrolních signálů, přestože teoretický popis těchto systémů zůstává často neprobádaný. „Situace se navíc výrazně komplikuje, pokud přejdeme do světa kvantové fyziky. Zde se nároky na ovládací instrumentář násobí pravděpodobnostním charakterem kvantových měření a také komplexní a mnoharozměrnou strukturou kvantových stavů a procesů,“ popsal složitost kvantových měření Dominik Vašinka.
Příkladem může být optimální nastavení elektrických ovládacích napětí potřebných pro dosažení požadované činnosti kvantových procesorů nebo maximální citlivosti kvantových senzorů. Optimalizace řízení těchto zařízení, na niž se Dominik Vašinka zaměřil, je velmi obtížnou součástí jejich vývoje a využití. Největší přínos jeho vědecké práce spočívá v univerzálnosti navržené metody řízení, která využívá kooperativních neuronových sítí. Díky tomu je použitelná na prakticky libovolné kvantové i klasické zařízení. Práce také prakticky aplikuje novou metodu na přesné řízení kmitání světla, a to až na úrovni jednotlivých částic světla – fotonů. Manipulace se směrem kmitání světla je přitom klíčovým prvkem pro pokročilé zobrazovací a metrologické aplikace.
O vysoké kvalitě vědecké práce Dominika Vašinky svědčí i to, že ji prezentoval na několika zahraničních konferencích a výsledky jeho bádání tvoří základ vědeckého článku „Bidirectional Deep Learning of Polarization Transfer in Liquid Crystal with Application to Quantum State Preparation“, publikovaného v renomovaném mezinárodním časopise Physical Review Applied. Student oboru Optika a optoelektronika v současné době pokračuje v doktorském programu a věnuje se výzkumu na pomezí kvantové fyziky, fotoniky a umělé inteligence.
Umělá inteligence Dominika Vašinku fascinovala již od počátku jeho studia fyziky. Když si volil směr výzkumu v oblasti kvantové optiky, byla jejich kombinace ideální volbou. „Na mé práci mě nejvíce baví programování. Vidět, jak mi pod rukama vzniká kód, se kterým mohu dělat téměř zázraky, je úžasný pocit,“ říká.
Do soutěže o Cenu Wernera von Siemense se přihlásil, protože ji považuje za skvělou příležitost ke zveřejnění svých objevů a jejich rozšíření i do odborných kruhů, které z nich mohou těžit v mnoha dalších projektech. Na otázku, zda mu tento úspěch pomůže v další studijní, vědecké či profesní kariéře, odpovídá: „Určitě ano. Jednak je to skvělá příležitost navázat nové kontakty a spolupráce, ale také výborná motivace a připomínka toho, že náš výzkum má smysl.“
Vašinkův vedoucí diplomové práce Miroslav Ježek si na tomto studentovi nejvíce cení poctivosti a upřímnosti v pracovní i osobní rovině. „Dominik je velmi schopný fyzik i programátor a věřím, že má před sebou zářnou vědeckou kariéru. Také výborně komunikuje a nebojí se poskytnout upřímný názor a zpětnou vazbu. To považuji za jeden z hlavních důvodů, proč se nám s Dominikem výborně spolupracuje,“ vyjmenovává studentovy přednosti Miroslav Ježek.
Na financování výzkumu prezentovaného v Dominikově práci se podílela Grantová agentura ČR (projekt 21-18545S), Interní grantová agentura UP a katedra optiky PřF. „Důležitou roli ve formování zahraniční vědecké spolupráce hrál také projekt HYPER-U-P-S v rámci H2020 výzvy QuantERA, na jehož financování se podílela Evropská Unie a Ministerstvo školství ČR,“ dodává Miroslav Ježek.