Mi indokolja a fizikus-mérnök szak indítását? Milyen készségekre van szüksége egy fizikus-mérnöknek, hogy meg tudjon felelni a következő évtizedekben jelentkező ipari kihívásoknak?

– Amikor én doktorandusz voltam, a külföldi tanulmányútjaim során láttam, hogy a fizikusok többsége a legkülönbözőbb innovatív, kutatás-fejlesztést végző cégeknél helyezkedett el, hiszen nagyon nagy volt az igény a tudásukra. Ma már Magyar­országon is azt látjuk, hogy a multinacionális cégek egyre több olyan fejlesztést hoznak hazánkba, vagy akár hazai cégek olyan fejlesztéseket végeznek, amelyekhez a legmagasabb szintű fizikusi és mérnöki szaktudásra van szükség. Nehéz felsorolni, hogy mennyiféle ipari fejlesztési terület tartozik ide, hiszen például a legkülönbözőbb szenzorok vagy akár orvosi és ipari méréstechnikai eszközök építéséhez is számos fizikai elv nagyon alapos ismerete szükséges. Viszont fontos, hogy ezeken a területeken nagy szükség van a mérnöki tudás és a természet­tudomá­nyos ismeretek ötvözésére.

A klasszikus egyetemi fizikusképzésen nem kap elég hangsúlyt a mérnöki tudás, míg a mérnöki képzéseken az utóbbi időszak sorozatos óraszám­csökkentései miatt pedig leginkább az alapozó természettudományos ismeretek szorultak háttérbe.

Ezért óriási az igény egy olyan képzésre, amely e kettőt ötvözi. Vállalati partnereinktől azt halljuk, hogy a fejlesztésekhez adott a szándék és az anyagi forrás, de a legfőbb korlátozó tényező a szakemberek hiánya, így már most azonnal rengeteg fizikus-mérnököt tudnának alkalmazni.

Az innovatív, kutatás-fejlesztést végző cégeknél ma már Magyarorszá­gon is a legmagasabb szintű fizikusi és mérnöki szaktudásra van szük­ség, ahogy nagy szükség van a mérnöki tudás és a természettudományos ismeretek ötvözésére. (Forrás: BME)

Melyek azok a területek, ahol a legnagyobb igény mutatkozik a fizikus-mérnökök iránt?

– Ilyen kompetenciákat várnak a félvezető technológiákon alapuló fejlesztéseket végző cégek, az orvosi műszerek gyártói és fejlesztői, a kvantum-számítástechnika jövőbeli szereplői, illetve az optikai vagy mikrohullámú technológiákat alkalmazó vállalatok. De említhetném a nanotechnológia, az energetika, a nukleáris technológia vagy akár az autóipari szenzorika területét is. A kevésbé kísérleti beállítottságú fizikusok közül nagyon sokan a legkülönbözőbb cégek adatelemzéssel foglalkozó üzletágainál helyezkednek el. Ide számos szektor tartozik, az önvezető autók­hoz fejlesztett, mesterséges intelligencián alapuló szoftverek fejlesztésétől kezdve a biztosítási adatok elemzéséig. Talán nem is gondolnánk, de például a biztosítások piacán is nagy hasznát lehet venni a fizikusi felkészültségnek.

A jövő legnagyobb kihívása az, hogy miként inspirálhatók a középiskolások arra, hogy a fizikusi, mérnöki vagy fizikus-mérnöki pályát válasszák. (Forrás: BME)

Feltörhetetlen kvantumkommunikáció

Melyek azok az elemei a fizikusok képzettségének, amelyek e gyakorlati területeken, például az adat­elemzésben is hasznosíthatók? A laikusok általában azt gondolják, hogy a fizikusok rendkívül absztrakt, a valóságtól teljesen elkülönült problémákkal foglalkoznak.

– A fizikusok alapkészségként sajátítják el a rendkívül komplex rendszerek elemzését. Erről szól a kvantumfizika, a szilárdtestfizika vagy az adat­tudományhoz még inkább kapcsolódó statisztikus fizika. Mindehhez a nagyon nagy rendszerek megfelelő módszereket alkalmazó hatékony leírása szükséges. Ezek a készségek különösen akkor hasznosak, ha nem egy meglévő séma szerint kell eljárni, hanem új sémákat kidolgozva kell jól működő adatelemző módszereket létrehozni. Ráadásul mindez nem csak az elmélet szintjén jelentkezik: a hallgatók komplex fizikai folyamatokat kihasználó mérési technológiákat sajátítanak el, melyeknél az adatok haladó szintű elemzése is alapkövetelmény.

Az információtechnológiai fejlesztések terén manapság a „kvantum-” előtaggal kezdődő területeket övezi a legnagyobb érdeklődés. Jogos ez?

– A kvantumfizika említése azért fontos itt, mert a közeljövőben a kvantum­technológia fontossága ma még beláthatatlan magasságokba emelkedhet. Márpedig a fizikus-mérnök hallgatóink képzése során kiemelt jelentőséget kap ez a tudományterület. A kvantum­technológián belül különösen fontos lesz a kvantum­­kommunikáció, amely azon alapszik, hogy kvantumos eszközökkel úgy lehet információt küldeni, hogy az tökéletesen titkosított maradhat. Vagyis a kvantum­­kommunikáció a hagyományos kom­munikáció­nál lényegesen jobb lehetőségeket kínál a titkosított információ­­küldésre. Ez azért is rendkívül fontos, mert például Kínában már működnek kvantum­­kommunikációs hálózatok, és az Európai Unióban is kiemelt cél a kvantum­­kommunikációs hálózatok kidolgozása. Nálunk, a BME-n működik

a Kvantuminformatika Nemzeti Laboratórium, amelynek szintén az a célja, hogy olyan szakembergárda jöjjön létre itthon is, amely készségszinten képes használni és fejleszteni ezt a technológiát.

A kvantumtechnológiával kapcsolatban leginkább a kvantum­számítógépek vannak a reflektorfényben. Mit várhatunk ezektől az új számítógépektől, átvehetik-e a hagyományos komputerek helyét?

– A kvantuminformatika azzal kecsegteti a legkülönfélébb szakembereket, kutatókat, mérnököket, hogy a kvantum­számítógépek sokkal hatékonyabban lesznek képesek elvégezni a nagyon bonyolult számítási feladatokat, mint a hagyományos számítógépek. Abból is lemérhető e terület jelentősége, hogy az összes vezető technológiai cég – például az IBM vagy a Google – hatalmas összegeket fektet a kvantum-számítástechnika fejlesztésébe, így a dinamikus fejlődés minden feltétele adott ezen a területen. Arra azonban nem számíthatunk, hogy egyszer majd kvantum­számítógépek fognak üzemelni a mobil­telefonjainkban, hiszen e rendszerek nagy méretűek, és általában folyékony héliumos hűtést igényelnek. Vagyis nem a hétköznapi számítási feladatokban fogják átvenni a hagyományos számítógépek szerepét, hanem a bonyolult optimalizálási, ipari és tudományos problémák, vagy akár kódfejtési feladatok megoldásában segíthetnek majd.

A memrisztorok filamentumai

A fizikus-mérnök képzésnek fontos eleme lesz a mesterséges intelligencia alkalmazása. Miről lehet megkülönböztetni a mesterséges intelligenciát a klasszikus számítás­technikától? Manapság olyan sokszor hallani ezt a kifejezést, hogy az ember gyakran úgy érzi, hogy ami régen egyszerű informatika volt, ma már az is mesterséges intelligenciának számít.

– Nyilván van erre is példa, ugyanakkor számos olyan területe van a mesterséges intelligencia fejlesztésének, amely markánsan elkülönül a korábbi számítástechnikai megoldásoktól. Ilyen például a mesterséges neuronhálózatok alkalmazása, ami messze túlmutat a hagyományos informatikán.

Egyértelműen látszik, hogy a mesterséges intelligencia az élet szinte minden területén meg fog jelenni, és átalakítja a viszonyokat,

az arcfelismeréstől kezdve a fejlesztőcégek mérésiadat-elemzésén át az orvosi adatok kezeléséig. Így a mesterséges intelligencia használata szerintem a műszaki képzésekben már szinte az alap­­műveltség része kell hogy legyen. Ennek megfelelően a fizikus­mérnök-képzésben is már a törzsanyagban szerepel egy mester­­séges­­intelligencia-kurzus.

Az én kutatási területem is ehhez kap­csolódik. Kevesen tudják, de szédítő ütemben növekszik világszerte az információ­technológia energia­fogyasztása. Az óriási léptékben keletkező adatok hatalmas adatcentrumok működtetését teszik szükségessé, és a mesterséges­­intelligencia-alapú számítások különösen sok energiát fogyasztanak. Ezért nemcsak az algoritmusok fejlesztésén van a hangsúly, hanem nagyon fontos olyan új hardver­eszközök fejlesztése is, amelyek ezeket a feladatokat gyorsabbá és energia­hatékonyabbá teszik. Mi például úgynevezett memrisztorokkal foglalkozunk, melyekből olyan mesterséges neurális hálókat lehet építeni, amelyek a szoftveres neurális hálókhoz képest lényegesen gyorsabbak és energia­hatékonyabbak lehetnek. Ezekben az eszközökben igen vékony, akár atomi méretű vezető filamentumok alakulnak ki. A filamentumok átmérője és vezető­képessége változtatható, és úgy működnek, mintha mesterséges szinapszisok lennének.

Az információtechnológia energiaigényét fedezhetik a meg­újuló energiaforrások?

A jövőben az emberiség energia­­fogyasztásának akár ötödét is az információ­­technológia működtetése teszi majd ki.

Ez már olyan jelentős mennyiség az energia­portfólióban, hogy az információ­technológia működtetése is erős érvként fog jelentkezni a megújuló energiaforrásokra való áttérés mellett. Ugyanakkor a másik oldalon is komoly fejlesztésekre van szükség: az eszközök energiafogyasztását is csökkentenünk kell, hogy ezáltal hatékonyabbá váljon az informatika fogyasztása. Bízom benne, hogy a kutatás-fejlesztés elég hatékony lesz a megújuló­energia-termelésben, illetve a megtermelt energia felhasználásának csökkentésében, és így az információ­technológia rohamos fejlődése nem növeli tovább a környezeti terhelést.

Említette a nukleáris technológiát, mint az egyik olyan területet, ahol a jövőben sok fizikus-mérnökre lesz szükség. Ön milyen jövőt jósol a nukleáris iparágnak?

– A nukleáris technológiát az élet számos területén használjuk a hagyományos atomerőművektől kezdve az újszerű, kis moduláris reaktorok fejlesztésén át a fúziós energetikai fejlesztésekig. A mindennapi életben leginkább az orvosi diagnosztika területén találkozunk nukleáris technológiákkal. Gondolhatunk itt a sugárterápiára vagy a nukleáris elven működő képalkotó berendezésekre, mint például a pozitronemissziós tomográfia vagy az MRI (Magnetic Resonance Imaging, vagyis mágnesesrezonancia-képalkotás – a szerk.). Az utóbbi eszköz a magmágneses rezonancián (nuclear magnetic resonance – NMR) alapul, de a nevéből törölték az atommagra utaló nukleáris jelzőt (és az N betűt), nehogy elijessze a betegeket. Valójában az MRI-vizsgálat közben nem történik semmilyen sugárzás, tehát nincs semmilyen veszély, de ez a névmódosítás is jól szemlélteti a nukleáris technológiákkal kapcsolatos bizalmatlan­ságot. Véleményem szerint mind a nukleáris energetika, mind a nukleáris medicina terén nagyon jelentős kutatás-fejlesztés folyik, amelynek során alapvető szempont a már jelenleg is igen magas biztonsági szint további növelése. Az orvosi területen általában is elmondható, hogy az egyre célzottabb, egyre kisebb dózist alkalmazó, egyre inkább a meg­betegedett területre fókuszáló eljárások rohamosan fejlődnek. Bízom benne, hogy mindez az N betűvel kapcsolatos bizalmatlanságot is csökkenteni fogja. Ehhez képzéseinkkel is próbálunk hozzájárulni, hiszen a BME Nukleáris Technológiai Intézete egy speciális oktató­reaktort üzemeltet, illetve hazánkban egyedülálló orvosifizika-képzést kínál.

Egymásra rétegzett, kétdimenziós anyagok

Nemrégiben az Ön által vezetett BME Fizika Tanszék docense, Makk Péter elnyerte az egyik legnagyobb presztízsű európai uniós kutatási támogatást, az Európai Kutatási Tanács (ERC) Consolidator Grantjét. Miről szól ez a kutatás, és minek köszönhető, hogy egy ilyen jelentős támogatást sikerült elnyerni?

– A nyertes pályázat a 2005-ben felfedezett grafénhez kapcsolódik. Ez az úgynevezett kétdimenziós (egy atomnyi vastagságú) anyag a grafit egyetlen rétegének tekinthető, és azóta világhírűvé vált. Alig néhány évvel később Nobel-díjjal tüntették ki a felfedezőket, André Geimet és Konsztantyin Novoszelovot, aki tavaly szeptemberben a Műegyetem vendége volt itt, Budapesten. A grafén felfedezése egy teljesen új tudományterület, a két­dimenziós elektronika megszületését eredményezte. Ma már nem csupán a grafén áll ehhez a rendelkezésünkre, hanem a legkülönbözőbb tulajdonságokkal bíró két­dimenziós anyagok. Ezeket az anyagokat egymásra rétegezhetjük, és attól függően, hogy milyen módon rakjuk őket egymásra, teljesen új tulajdonságokkal rendelkező anyagokat állíthatunk elő. A BME már a kezdet kezdetén is úttörő szerepet játszott Magyar­országon a kétdimenziós anyagok vizsgálatában: amikor 2010-ben Nobel-díjat adtak a grafén felfedezéséért, a Fizika Tanszék egyik szakdolgozójá­nak diplomamunkája már a grafénnel foglalkozott. Makk Péter vizsgálatai is az akkor elkezdődött kutatásokhoz kapcsolódnak. Különböző kétdimenziós anyagokat fog egymásra építeni, és legfőképpen ezek mechanikai deformációjának, illetve a rétegek elforgatásának hatásait fogja tanulmányozni, aminek segítségével egészen új lehetőségekkel bíró, soha nem létezett anyagi viselkedést lehet létrehozni. Ugyanakkor nem ez az első ERC-kuta­tási támogatás a tanszéken, hiszen korábban már két munkatár­sunk, Csonka Szabolcs és Simon Ferenc is nyert el Starting Granteket. Ám a Consolidator Grant túlmutat ezeken, ugyanis itt haladó kutató­csoportokkal rendelkező tudósok pályáznak, és azt jól látjuk, hogy ahogy felfelé haladunk a tudományos pályán, egyre inkább nyílik az olló a nyugati és a kelet-közép-európai egyetemek lehetőségei között. Az anyagi források is szűkösebbek, és sokszor a bürokratikus háttér is megnehezíti például a magyar­országi kutatók előre­jutását. Ezért is hihetetlenül nagy, és a nálunk folyó kutatások nemzetközi verseny­képességét alá­támasztó eredmény, hogy kollégánknak sikerült ezt a támogatást elnyernie.

Milyen területeken lehet majd használni a kétdimenziós elektronikai eszközöket? Milyen várakozásokkal tekint erre a most induló kutatásra, és milyen eredményekkel lenne elégedett?

– Ezeket a rendszereket felhasználhatják az átlátszó és hajlítható elektronikai eszközök építésekor, a már említett kvantum-számítástechnikában, vagy az elektronok mágneses tulajdonságait (spinjét) kihasználó spinalapú elektronika (spintronika) terén is. A fizikus-mérnök hallgatók ezekkel a területekkel részletesebben megismerkedhetnek a Nano­technológia és kvantum­alkalmazások nevű specializáción, és akár csatlakozhatnak Makk Péter ERC kutatócsoportjához egy TDK-munka vagy szakdolgozat keretében. A vizsgálatok célkitűzését talán úgy fogalmazhatjuk meg a legpontosabban, hogy itt az alkalma­zással közeli kapcsolatban álló felfedező kutatásról van szó. Vagyis alapvetően nem az a cél, hogy konkrét alkalmazások szülessenek, sokkal inkább e rendszerek jobb megértése a feladat. Minthogy a terület a fizika egyik legkutatottabb szegmense manapság, az e rendszerek viselkedéséről tett felfedezések joggal számíthatnak a legnagyobb folyóiratok érdeklődésére. Magyarán, én akkor lennék elégedett, ha e kutatások alapján több Nature-cikk is íródna az elkövetkező években.

Ha a jövőbe tekintünk, Ön szerint miként fog megváltozni a fizikus-, illetve a mérnökképzés az elkövetkező évtizedekben? Hogyan kell alkalmazkodnia a műszaki egyetemi képzésnek a változó technológiai környezethez?

A fizikusképzés nagy előnye, hogy a hallgatók alapvetően gondolkodásmódot és készségeket sajátítanak el, amelyek később a legkülönbözőbb területeken hasznosíthatók

– ilyen szempontból ez igen időtálló képzés. Természetesen finom­hangolásra mindig szükség lehet. Ezt a célt szolgálta a mesterséges intelligencia beépítése is a tananyagba, vagy 21. századi technológiákat bemutató specializációk indítása. Emellett a Műegyetemen nagyon hangsúlyos a laboratóriumi képzés, és ennek során is mindig igyekszünk a legmodernebb technológiákat alkalmazni. Mindezt könnyű megvalósítani, mert csak azt kell tanítani, amivel amúgy is foglalkozunk. Én nem a képzés tartalmát tartom a jövő legnagyobb kihívásának, hanem azt, hogy miként tudjuk majd arra inspirálni a közép­iskolásokat, hogy a fizikusi, mérnöki vagy fizikus-mérnöki pályát válasszák. Egyértelműen látszik, sajnos, hogy a fizika egyre kevésbé hangsúlyos a közoktatásban, manapság már csak a 10. évfolyamig tanulnak kötelezően fizikát a középiskolások, míg az utolsó két évben már csak fakultatív ez a tantárgy. Ezt tetézi, hogy a természet­tudományos tantárgyak, és főképpen a fizika terén a leg­súlyosabb a tanárhiány. Ebből pedig az következik, hogy amikor a középiskolásoknak pályát kell választaniuk, nagyon nehezen nyerhetnek inspirációt a fizikai és műszaki tudomány­ágak iránt. A Műegyetem ennek érdekében speciális tehetség­gondozó programokat indít, karunk például Nobel-díjas kísérletek középiskolásoknak címmel szakkört szervez, ahol Nobel-díjakhoz kapcsolódó, de a mi kutató­csoportjaink­ban is aktívan művelt témákban kísérletez­hetnek a hozzánk látogató diákok. Ezekhez a programokhoz cégek is csatlakoznak, mert ők is érzik, hogy immár nem elegendő, ha az egyetemeken kampányolnak a munkaerő-utánpótlás érdekében, a toborzó­munkát már a közép­iskolákban el kell kezdeniük.•