U posljednjih šest godina Sveučilište u Rijeci privuklo je 31 znanstvenika povratnika, a od prvog dana ove godine znanstvenicima koji su se vratili s najpoznatijih svjetskih sveučilišta pridružio se i fizičar doc. dr. sc. Nenad Kralj. Nakon što je završio zagrebački PMF Kralj se vratio u Rijeku na tadašnji Odjel za fiziku, ali kako tada još nije na Odjelu bilo doktorskog studija iz fizike umjesto u Zagrebu, doktorat je upisao u Camerinu, u Italiji.

– Moj znanstveni rad otad, odnosno od 2014., pa sve do danas, u najvećoj je mjeri vezan uz optomehaniku. Kao što ime sugerira, ta grana fizike proučava međudjelovanje svjetlosti i mehaničkih objekata, uglavnom u potrazi za određenim kvantnim pojavama. Nakon doktorata radio sam kao poslijedoktorand na Sveučilištu Yale i Niels Bohr institutu u Kopenhagenu te kao voditelj nezavisne istraživačke grupe na Leibniz sveučilištu u Hannoveru, a od početka 2024. ponovo sam zaposlen na Fakultetu za fiziku u Rijeci, kao docent.

Što vas je potaknulo na inozemnu znanstvenu karijeru?

– Više je okolnosti dovelo do toga. Mislim da je pošteno reći kako na početku svoje karijere, odnosno u trenutku kad sam počeo raditi u Rijeci, nisam imao takvih aspiracija ili da ih barem nisam bio svjestan. Upisao sam doktorat u Camerinu na prijedlog svog tadašnjeg mentora, prof. dr. sc. Marina Karuze, zato što ondje postoji istraživačka grupa koja se bavi optikom i optomehanikom, čiji je i on bivši član, a koja je jaka u svjetskim razmjerima. Dobio sam stipendiju »Marie Curie« i poziv voditelja grupe iz Camerina i odlučio sam se na odlazak u inozemstvo te potpuno posvećivanje radu na doktoratu. U relativno kratkom roku naučio sam jako puno stvari usko vezanih uz temu doktorata, što mi je otvorilo vrata kasnijih angažmana na dobrim institucijama i omogućilo daljnje usavršavanje. U znanosti je cirkulacija znanstvenika, posebno mladih, uobičajena. Nadam se da ću kao docent, a i kasnije u karijeri, biti u prilici dati mali obol tome da sustav postane još fleksibilniji i omogući (mladim) znanstvenicima stjecanje znanja i vještina u inozemstvu. Takvo »kruženje mozgova« ne bismo trebali povezivati niti sa zatvaranjem vrata povratka u Hrvatsku za znanstvenika u konkretnom slučaju, niti kao problematičnu pojavu za sustav u cjelini. Što se mene tiče, vjerujem da će se sada, po povratku u Rijeku, pokazati pozitivne strane u oba smisla. Mislim da su moja postignuća nakon odlaska pokazala da ponuda koju sam tada dobio nije bila slučajna. U budućnosti ću se truditi stečeno znanje na što bolji način prenijeti studentima riječkog Fakulteta za fiziku, s nadom da ću im iskustvo studiranja učiniti još pozitivnijim i upečatljivijim, doprinijeti stvaranju prilika za njihov ostanak (ili povratak) i izgradnju uspješnih znanstvenih karijera u Rijeci.

Relevantni i zanimljivi projekti

Stekli ste bogato iskustvo radeći na prestižnim institucijama, među kojima je i Sveučilište Yale, Connecticut, SAD. Kako je raditi na jednom od najboljih svjetskih sveučilišta?

– Na Yaleu sam odradio prvi postdoc. Imao sam istovremeno ponudu jedne grupe u Beču, koja je u kontekstu optomehanike vjerojatno i jača. Međutim, osjetio sam da je trenutak za još značajniji odmak od zone udobnosti, a i ponudu s Yalea nije lako odbiti, barem u smislu prestiža. Plan je bio otići na Yale i kasnije se, uz još pokoju stanicu u Europi, polako vraćati Hrvatskoj. Mogu reći da se otprilike tako i dogodilo, iako je možda čitav put trajao nešto dulje o predviđenog. Drago mi je da sam otišao na Yale jer sam si time potvrdio očekivanja u smislu kvalitete i načina života. Osobno, kvaliteta života u Europi čini mi se boljom. Gradovi su primjerenije veličine, kao i prometna povezanost (izuzev HŽ-a), a i mentalitet ljudi mi je draži, iako sam u Europi živio na, u tom smislu, međusobno bitno različitim mjestima. Jasno, sve to ovisi o vlastitim preferencijama, potrebama i o tome kakvo vas (najuže) okruženje zapadne. S profesionalne strane, naravno da mi je čast i zadovoljstvo što sam dobio priliku raditi na tako prestižnom sveučilištu. Projekti su bili relevantni i zanimljivi, a financiranje je prilično izdašno pa s te strane možete nesmetano raditi k cilju koji ste zacrtali — odnosno, ako ste, kao ja tada, postdoktorand — k cilju koji je šef grupe zacrtao. Međutim, instituti zemalja zapadne Europe podjednako su dobro opremljeni i grupe u kojima sam radio imaju podjednako dobro financirane projekte, a rekao bih da je komunikacija između istraživačkih grupa na višoj razini, odnosno, da su one umreženije. To otvara više prostora za suradnju i ostvarivanje ambicioznijih ciljeva. Moram se ovdje malo ograditi: to je moj dojam, ali ja sam samo jedan znanstvenik, obilježen vlastitim iskustvom, a ne stručnjak za razne društvene, financijske i druge aspekte znanstvene produkcije u različitim disciplinama i dijelovima svijeta. Ukratko, drago mi je da sam iskusio život i rad u SAD-u, ali se tamo više ne bih vraćao živjeti. Štoviše, rekao bih da zahvaljujući tom iskustvu više cijenim neke europske civilizacijske tekovine. Promijenila mi se i percepcija udaljenosti — otada mi se maltene sve što je unutar EU-a čini blizu, a je li to dobro, loše ili potpuno nebitno, pokazat će vrijeme.

Eksperimentalna optomehanika

Spomenuli ste da se bavite optomehanikom, možete li svoj rad pobliže opisati?

– Bavim se eksperimentalnom optomehanikom. Arhetip optomehaničkog sustava je optička šupljina (odnosno, dva visokoreflektirajuća zrcala okrenuta jedno prema drugome) unutar koje se nalazi jedna vrlo tanka membrana. Šupljinu obasjavamo laserskom svjetlošću i proučavamo njezinu interakciju s membranom. Šupljina je neophodna jer rezonantno pojačava interakciju: intenzitet svjetlosti unutar šupljine pojačava se ako njezina frekvencija zadovoljava određeni uvjet povezan s udaljenošću između zrcala. Princip je sličan onome u slučaju gitare, čija žica daje određeni ton ovisno o tome gdje je pritisnete o vrat. Uglavnom, zahvaljujući tom pojačanju, u stanju smo vidjeti kvantne efekte u ponašanju svjetlosti i membrane. Recimo, možemo generirati kvantno sprezanje između te dvije sastavnice sustava ili membranu optički ohladiti u tzv. osnovno kvantno stanje.

Dali ste i doprinos razvoju nelinearne kvantne optike radeći na eksperimentima gdje su spregnuti mehanički oscilator i oscilacije električnog polja što će omogućiti kvantnu kontrolu na sobnoj temperaturi. Kakve mogućnosti otvara takvo otkriće?

– Na tome smo radili na Niels Bohr institutu. Ključna stvar za shvatiti jest da nijedan stvarni kvantni sustav nije savršeno izoliran od okoline. Okolina općenito uništava kvantna svojstva sustava od interesa u procesu koji zovemo dekoherencija, a koji je tim brži, što je objekt veći te što je temperatura viša. Kvantno sprezanje koje sam spomenuo osnova je tzv. kvantne kriptografije i nekog budućeg kvantnog interneta. Kvantna kriptografija ne bi štitila prijenos informacije od neželjenih strana na temelju tehničkih zahtjeva za razbijanje šifre, već na temelju kvantnih principa, što je mnogo snažnije. Ako želite tako zaštićene informacije prenositi na nekoj većoj skali, potrebno je više punktova na kojima se vrši sprezanje, a financijski je i tehnički neizvedivo da se svaki punkt nalazi u kriostatu, na nekoj vrlo niskoj temperaturi. To ograničenje je, barem sa strane primjena, glavni katalizator razvoja sve boljih kvantnih sustava, u smislu da vrlo jasno i dugo pokazuju svoja kvantna svojstva, čak i na sobnoj temperaturi. Mi smo uspjeli utjecaj okoline svesti na minimum zahvaljujući pažljivom uzorku perforacija membrane, koji služi kao svojevrsni štit od vanjskih vibracija.

Mlada disciplina

Bili ste i mlađi voditelj grupe na Institutu »Albert Einstein« u Hannoveru. Čime se grupa bavi?

– Za početak na Fakultetu za fiziku planiram nastaviti s projektom koji sam započeo u Hannoveru i Kopenhagenu, koji je vezan uz razvoj kvantne memorije za fotone. Jedan od obećavajućih načina prijenosa kvantne informacije na velike udaljenosti je putem fotona u optičkim vlaknima, a memorija je tu ključna sastavnica kvantnog pojačivača. Naime, u optičkim vlaknima, kao i svugdje, postoje gubici, ali se kvantna informacija ne može od njih zaštititi klasičnim pojačivačem, već se to radi kvantnim sprezanjem parova fotona. Ako jedan foton iz para možete na određeno vrijeme pohraniti u memoriju dok čekate drugi, značajno smanjujete vjerojatnost dekoherencije, odnosno povećavate šanse za uspješan prijenos. Optomehanički sustav koji sam opisao na početku vrlo je zgodan u tom smislu. Foton koji se pohranjuje pretvara se u vibraciju membrane putem optomehaničke interakcije. Budući da je membrana visoke kvalitete, ta vibracija živi puno dulje od početnog fotona i u tom obliku može pričekati dolazak drugog fotona.

Zbog čega ste za povratak odabrali baš Sveučilište u Rijeci? Mislite li da se i u Hrvatskoj može raditi znanost kakva se radi na inozemnim sveučilištima?

– Razlozi za povratak u prvom su redu privatne prirode. Kao što sam već ranije natuknuo, povratak je uvijek bio u planu. Jednostavno, bez obzira na poslovne prilike vani, uvijek je postojao raskorak između profesionalnog i privatnog života. Nadam se da ću sad ta dva aspekta uspješno pomiriti i da će mi time kvaliteta života u svojoj ukupnosti porasti. Što se znanstvenog rada tiče, bilo bi iluzorno reći da su prilike jednake ovdje i u inozemstvu, prije svega u vidu financijskih sredstava. To se odražava na brojnost znanstvenika, a ljudi koji rade kao eksperimentalci imaju dodatnu otegotnu okolnost potrebe za eksperimentalnom opremom. Međutim, pretpostavljam da bi se slična stvar mogla reći za gotovo svaku djelatnost, uspoređujući stanje u Hrvatskoj i zapadnoj Europi. U krajnjoj liniji, ono što je neovisno od ograničenja gorespomenutog tipa je znanje stečeno kroz raniji rad. Na tom temelju namjeravam graditi svoj daljnji profesionalni put, a kroz rad sa studentima i vratiti nešto hrvatskom sustavu visokog obrazovanja (rekao bih – Sveučilištu u Rijeci, ali sam studirao u Zagrebu, pa bi to bilo nepravedno). Recimo, optomehanika prilično je mlada disciplina i nije naročito zastupljena u Hrvatskoj, kao ni u nekim drugim, razvijenijim zemljama EU-a. Mislim da se nitko neće uvrijediti ako kažem da u Hrvatskoj nema stručnjaka kojem je optomehanika najuža specijalnost, kao što je meni. S druge strane, riječ je o vrlo zanimljivom području, čijem ćemo daljnjem rastu svjedočiti sljedećih godina, zahvaljujući mogućim primjenama u kontekstu razvoja kvantnih tehnologija. Ja i dalje planiram održati poslovne veze koje sam ostvario tijekom posljednjih desetak godina, u onom obimu i obliku u kojem to bude moguće. Prijavio sam jedan ERC projekt te ću, naravno, prijaviti projekte i na natječaje HRZZ-a kad isti izađu.

U skromnijoj varijanti, uspijem li realizirati barem neke od ideja, i možda putem zainteresirati pokojeg studenta ili studenticu za znanstvenu karijeru iz optomehanike ili fizike općenito, bit ću zadovoljan. Ambicioznija verzija je da za koju godinu imamo optomehaničku kvantnu memoriju razvijenu na Sveučilištu u Rijeci te se za par desetaka godina u našim znanstvenim krugovima spominjem kao otac hrvatske optomehanike — ili, ozbiljnije, da riječka optomehanika postane međunarodno poznata i cijenjena. Prepuštam svakom čitatelju/ici da za sebe procijeni što je vjerojatnije, a ja ću se truditi da potonja opcija zaživi.