A mikroelektronika fejlődésében kiemelkedő jelentőségű parányi áramkörök világszerte megmozgatják a kutatók fantáziáját. A Németországból hazaköltöző Zaránd Gergely fizikus az Akadémia elnöke által elindított Lendület program keretében ezekben a parányi áramkörökben vizsgálja az ún. egzotikus kvantumállapotokat, illetve az ultrahideg atomi rendszerek egzotikus fázisait és dinamikáját.

Az elektronikában a teljesítmény növelésének egyik útja az elektronikus információk feldolgozását végző áramkörelemek méretének csökkentése. "Ennek bevált módja a személyi számítógépek memóriaegységeinek gyártásánál alkalmazott félvezető technológia fejlesztése és a »miniatürizáció«, de a problémával foglalkozó kutatók eredményeinek köszönhetően új lehetőségek is kirajzolódnak" – nyilatkozta az mta.hu-nak Zaránd Gergely, a berlini Freie Universität és a Budapesti Műszaki Egyetem Fizikai Intézetének tanára. Mint elmondta, ma már egyetlen molekulából is lehetséges tranzisztort készíteni, ebben a mérettartományban azonban a klasszikus fizika törvényei helyett a kvantummechanika szabályai uralkodnak. A méret kiemelt jelentőségű, mert egy néhány GHz-es chip nem lehet nagyobb pár centiméternél, a fénysebességgel haladó információ ugyanis csupán ekkor éri el egyidejűleg a chip minden pontját.

Zaránd Gergely Lendület programra benyújtott pályázata kutatási céljaként a mai fizika egyik kiemelt területét, az ún. egzotikus kvantumállapotok dinamikájának, vagyis időbeli fejlődésének elméleti vizsgálatát jelölte meg. Tervei között szerepel egyfelől a miniatűr áramkörök segítségével megvalósított kvantumállapotok, illetve időbeli fejlődésük vizsgálata, másfelől az ultrahideg atomi rendszerekben lezajló kvantum-fázisátalakulások tanulmányozása. "A két, egymástól aránylag távol eső téma közötti kapcsolatot a hasonló fizikai modellek, jelenségek és vizsgálati módszerek teremtik meg" – magyarázta. Ma az ultrahideg atomok segítségével a szilárdtest-fizikai, illetve részecskefizikai rendszerekhez hasonlóakat lehet felépíteni, s így az anyag egzotikus kvantumfázisait és azok dinamikáját vizsgálni. A kutató szerint néhány év múlva talán lehetségessé válik ultrahideg gázok segítségével a "baryogenezis", a neutronok, illetve a protonok létrejöttének modellezése is.

A dinamika, azaz időfejlődés megértése az alkalmazások szempontjából is fontos. Az alacsony mérettartományú kvantummechanikai rendszerek közül a legegyszerűbb a kvantumbit. Ilyen kvantumbit építhető például miniatűr áramkörök segítségével, egyetlen elektron mágneses momentumát használva. Egy kvantumszámítógép működése során ezeket a kvantumbiteket kell manipulálni, időben változtatni. Ahhoz, hogy a jövőben a mainál gyorsabb kvantumszámítógépek épülhessenek, meg kell értenünk például, hogyan őrzi meg, illetve mikor "felejti el" egy kvantumbit az információt. Ha a kutatók megtalálják a választ erre a kérdésre, megtették az első fontos lépést annak az anyagnak, illetve környezetnek a meghatározásában, amely megakadályozza ezt az információvesztést.

Az MTA doktora tudományos fokozatot 2006-ban megszerző kutató viszonylag későn, gimnáziumi tanulmányai vége felé jegyezte el magát a fizikával. "Eleinte a matematika érdekelt igazán. A fizikát kicsit egyszerűnek és unalmasnak tartottam" - idézte fel első két középiskolai évét. A budapesti Piarista Gimnázium harmadik osztályos diákjának Görbe László óráin változott meg a véleménye: "Először a körmozgás keltette fel a figyelmemet, később a differenciálszámítás és az integrálás fizikában való alkalmazása, mivel rájöttem, milyen nagy utat lehet bejárni matematikai eszközökkel a fizikában." Az egyetemre már a hazai és nemzetközi diákversenyeken elért helyezéseken át vezetett az út. Tudományos pályafutása amerikai és németországi állomások után hamarosan ismét Magyarországon folytatódik. "A Lendület program keretében dolgozó kutatócsoport már csaknem teljesen összeállt. A csoport októberben indul, a munkát egy-két hónapig még Berlinből irányítom, majd én is csatlakozom kollegáimhoz" – tájékoztatott terveiről Zaránd Gergely. A fizikus - aki feleségével és négy gyermekével költözik haza - elmondása szerint annak idején éppen annak a kiszámítható anyagi biztonságnak a hiánya miatt döntöttek a külföldi munka mellett, amelyet a Lendület program most évekig biztosít a számukra.

A hazai és külföldi tudományos elismerések – a Talentum Díj, a Humboldt Alapítvány által kiemelkedő teljesítményű fiatal tudósoknak adományozott Bessel-díj, az MTA Fizikai Díj – mellett Zaránd Gergely munkáját már a jövő kutatói is értékelték: 2004-ben a Műegyetem Természettudományi Karának kiváló oktatója lett.