Венелин Тодоров и чашата на науката

Венелин Тодоров е тазгодишният носител на голямата и престижна награда “Джон Атанасов”. Отличието се дава на изявили се млади български изследователи в областта на компютърните науки в световен мащаб и се връчва от президента. Д-р Тодоров работи в Института по информационни и комуникационни технологии в БАН. А постиженията му са свързани със създаване на нови подходи за оптимизацията на алгоритми, които намират приложение в работата на изкуствения интелект, квантовата механика и финансовата математика. Говорихме с Тодоров в рубриката ни “Човекът от бъдещето” за изкуствения интелект, екологичните модели и дигиталната трансформация. Но и за онова, което очаква всеки учен на дъното на чашата на науката. Ето какво ни сподели той:

 

Г-н Тодоров, говори се много за навлизането на квантовите компютри. Но е трудно на популярен език да обясним какво представляват те. С какво ще превъзхождат днешния персонален компютър?

Квантовите компютри са много по-различни от класическите. Те не използват битове (нули и единици), а кюбити, които могат да бъдат не само нули и единици, а и тяхна суперпозиция. Това дава възможност на квантовия компютър да извършва няколко изчисления успоредно, което ще доведе до много по-бързи операции. Проблеми, които са трудоемки за обикновените компютри, ще бъдат значително ускорени.

В различните отрасли квантовите компютри ще решават широк спектър от проблеми - от оптимизация до машинно обучение. Това е важно, понеже много от клоновете в приложната наука са свързани с квантовата механика. Изчислителната химия, чиято цел е проектиране на нови и по-ефективни лекарства, или пък полупроводниковата физика и създаването на нови електронни устройства - ще станат още по-добри. По отношение на транспорта квантовите компютри могат да помогнат да се намери най-добрият начин за разпределяне на ресурсите. Квантовата физика въобще е физиката на 21-ви век. И предстоят много промени.

Какво провокира любопитството ви към математиката като дете? И какво години по-късно - като завършен учен?

Любимо ми беше още от ученик да решавам различни задачи. В началото ми помагаше баща ми, след това започнаха математически състезания, аз много се запалих. Беше ми много интересно да решавам математически проблеми. След това в Математическата гимназия в Русе задълбочих познанията си. Попаднах на добра учителка по математика. В 12 клас вече ми дадоха оценка от националната олимпиада и с нея направо ме приеха в Софийския университет с математика.

А днес? Вдъхновителите ми са много. Сред тях, разбира се, Блез Паскал. Бащата на теорията на вероятностите, която играе най-ключова роля в моите изследвания. Паскал само на 17 изобретява първата сметачна машина, което откритие може да се сравни с откриването на първия компютър от Джон Атанасов. На 31-a Паскал преживява духовен обрат и посвещава живота си на вярата. “В сърцето на всеки човек има празнота с формата на Бог, която само Бог може да запълни‘‘, казва той. Майка ми, която беше вярваща християнка, си отиде от този свят, точно преди започването на дисертацията ми. Но вярвам, че сега когато е при Бога, споделя с мен радостта от наградата “Джон Атанасов‘‘, която посветих на нея. Нейната вяра и моята ме мотивират да продължа да се занимавам с наука.

 

Разработвате алгоритми, които могат да помогнат за по-ниско замърсяване на въздуха. Какво представляват те?

В един от най-използваните екологични модели в целия свят (датския Ойлеров модел) се използват т.нар. индекси на чувствителност. Индексите измерват десетки замърсители и над сто химични реакции, свързани с тях. И се обработват от алгоритми. Нашият алгоритъм постигна нов световен рекорд - подобри с над 3 порядъка досегашния най-добър съществуващ. Тоест, благодарение на него можем с още по-голяма точност да измерим концентрацията на замърсяване на въздуха.

Към алгоритъма вече има интерес от учени във Франция и Русия. Надявам се да намери приложение в много други сфери - здравеопазване, продоволствена сигурност, устойчиво земеделие, горско стопанство.

Имате разработки, свързани с прилагането на изкуствен интелект - бихте ли разказали повече за тях?

Изкуственият интелект винаги обработва огромно количество база данни с много параметри. Например при финансовите пазари - там имате изключително сложни уравнения, с над 100 променливи. Колко бързо ще се решат от компютъра самите уравнения обаче не зависи единствено от неговата изчислителна мощ. А и от това как самият компютър подхожда към тях. Ние разработихме иновативен метод, при който компютърът решава уравненията по-бързо - просто изчислява по по-ефективен начин.

Това ще има сериозен принос към справяне с някои от предизвикателствата заложени в програмата Цифрова Европа. Те са свързани с високопроизводителните пресмятания, цифровата трансформация и изкуствения интелект. Методът ни има сериозен потенциал да трансформира основни сектори на индустрията, услугите и обществото като цяло. Икономическия растеж и благосъстоянието на Европа все повече ще се опират на внедряването на интелигентни системи, които обработват големи данни, а в това отношение методът ни е от голяма полза.

Вече споменахте за връзката между наука и вяра; историята изобилства с примери, при които най-великите учени виждат намесата на космически разум. Защо обикновено става така?

Ролята на Бог често е двигател на научните открития. Ако проследим началото на модерната наука от 16-ти век, част от нейните основоположници - Нютон, Декарт, Лайбниц, Паскал, са били вярващи християни. Те са търсели закони в света, защото са очаквали светът да има Законодател. Затова и Нютон в своя труд “Математически основи на натурфилософията“ казва, че от всичко, което е постановил, вижда как този красив свят, изпълнен със слънцето, кометите, звездите, няма как да възникне в резултат на случайност, а е дело на един интелигентен разум, който той нарича Господ.

Айнщайн, избран за личност на второто хилядолетие, казва, че “Всеки, който се занимава сериозно с наука, постепенно се убеждава, че един Дух се проявява в законите на Вселената. Дух, който е безкрайно по-могъщ от духа на човека и пред лицето на когото ние, с нашите скромни възможности, трябва да се смирим.‘‘

 

Какви са “уликите”, които водят един учен към тези заключения?

Много неща могат да бъдат забелязани. Знаете, че няма как един двигател да стане от самосебе си. Той е плод на години изчисления, чертежи, дизайн. Производство на прототип, после тестове с пресмятания. Няма как една сложна изчислителна машина да се конструира без намесата на интелект и сложни пресмятания.

Но колко по-сложна е една клетка от машината! Нека разгледаме вградената й система за възпроизводство например. Може да го сравним с много сложен робот, който чете ДНК кода от ядрото на клетката и синтезира белтъчни структури за дъщерната клетка. Тук има много математика, и не само! Ако разгледаме човешкото око или ухо - всяко едно е сложна система от механизми, всеки от който е устроен от множество сложни клетки.

Така, както зад двигателят стои човек, зад клетката стои софтуер. Той е написан от Някого. Светът е безкрайно сложно устроен и добре подреден. А това говори за разумна намеса.

Често се опитваме да си представим как би изглеждал “човекът от бъдещето” - кои са онези промени, за които вие имате интуиция, че ще настъпят в обозримо бъдеще?

Очаква се изкуственият интелект и квантовите компютри да предизвикат големи промени и нововъведения. Изкуственият интелект има потенциал да трансформира основни сектори на индустрията, услугите и обществото като цяло. Може също да помогне в борбата с природните бедствия, като предупреждава за тях навреме и дава възможност за подготовка и намаляване на щетите.

Очаквам квантовите компютри да намалят значително периода на предклинична фаза средно от три до шест години. Да увеличават скоростта и намалявайки разходите за разработване на лекарства. Процесите на машинно обучение също ще бъдат ускорени. Квантовата технология ще може да помогне и на финансовите институции да решават проблемите на своите клиенти, както и по-точно да характеризират аномалии в транзакциите и бързо да откриват измами.

Но все пак ученият работи с точни параметри, а не гледа в “магически кълба”, за да предсказва. Колко несигурни са всички предсказания и предвиждания се вижда и от сегашната пандемия, която промени всичко само за няколко месеца от появата си.

Къде се виждате самият вие сред тези промени?

Нобеловият лауреат, на когото се възхищавам най-много - Хайзенерг, за почуда на мнозина, които не си представят как се съчетават здрави научни принципи с вяра, произнася знаменитата си фраза: „Първите глътки от чашата на природните науки те правят атеист, но на дъното на чашата те очаква Бог“.

Надявам да стигна близо до “дъното на чашата‘‘. И да проверя дали там наистина ме чака Бог, както е заключил Хайзенберг, докоснал се до квантовия свят и поставил първите стъпки по пътя към квантовия компютър.

 

Интервю на Райко Байчев