prof. RNDr. Jan Peřina, DrSc.

Laureát Ceny Neuron za přínos světové vědě za rok 2016

Klukovské sny bývají rozličné – někdo touží stát se pilotem, jiný popelářem. Jan Peřina chtěl být od útlého věku fyzikem. Už na základní škole často věděl víc než učitelka fyziky. Ovšem jako dítě „kulaka“ měl v komunistickém režimu cestu k dalšímu vzdělání dost komplikovanou. Zažil i chvíle, kdy málem skončil jako nádeník. Naštěstí potkal lidi, kteří mu pomohli, aby pak vlastní pílí dosáhl mezinárodního uznání. Nyní převzal Cenu Neuron za přínos světové vědě v oboru fyzika.

Krušné začátky překonal vlastní pílí

Váš otec hospodařil na statku, který mu komunisti sebrali. Jak to ovlivnilo váš život?
Vlastnili jsme přes dvacet hektarů polí v obci Odřepsy nedaleko Poděbrad, kde náš rod pobýval snad od roku 1600. Poté, co komunisti převzali vládu, nastal zlom. Tátu v roce 1953 zavřeli pod záminkou, že neplní dodávky. Maminku s bratrem odvezli do podhorské vesnice Arnoltice v Jeseníkách. Já tehdy chodil na elektrotechnické učiliště v Praze. Přijeli si pro mě dva tajní, abych s nimi taky odjel do Jeseníků. Naštěstí se mě zastala vychovatelka a můj mistr. V té době to byl velice odvážný čin a dodnes jsem jim za to vděčný, protože jinak bych skončil někde na státním statku jako nádeník.

Kluk z venkova neměl asi moc podnětů ke studiu fyziky. Kdo vás k tomuto oboru přivedl?
Možná maminka, která měla talent na všechno a coby dívka chtěla studovat. Ale přivdala se na statek a z jejích plánů sešlo, tak mě alespoň vedla k četbě knih. Nejvíc ně zaujala právě fyzika.

Dělal jste doma pokusy?
Kdepak, chybělo mi vybavení a snad díky tomu jsem se stal „pouze“ teoretikem fyziky. Četl jsem každou dostupnou knihu a brzy jsem věděl víc než naše učitelka fyziky na základní škole. I když to byla dobrá kantorka.

Na střední školu vás nevzali, protože otec byl sedlák?
Přesně tak. Nejdřív jsem musel podle představ komunistů splynout s dělnickou třídou, proto jsem šel do učení na elektromechanika do Prahy. Sám jsem se naučil integrály, derivace... fyzika mě zkrátka bavila. Teprve po učilišti jsem se mohl přihlásit na střední elektrotechnickou školu, obor silnoproud. Učitelka fyziky, paní Pátková, mě poslala za manželem do fyzikálního ústavu. Doktor Pátek byl kapacita, v roce 1961 jako první v Československu zkonstruoval laser. Seznámil mě s docentem Kvasnicou, to byl Landaův žák, který působil na Matematicko-fyzikální fakultě UK a na ČVUT. Nechali mě dělat různé experimenty, navštěvoval jsem odborné semináře a už jsem se viděl na vysoké. Tíhnul jsem k nejzajímavější oblasti fyziky – k teorii elementárních částic a polí. Ale po maturitě mě nepřijali ani na jednu vysokou školu v Praze. Buď vůbec neodepsali, nebo mojí přihlášku ještě před přijímacími zkouškami zamítli.

Co jste dělal?
Odvedli mě na vojnu a po dvou letech jsem nastoupil do elektromontážních závodů v Praze. Už jsem měl v úmyslu vzdát snahy o přijetí na vysokou, ale když kolegové z dílny viděli, jak si stále čtu odborné knihy, přemluvili mě, abych poslal stížnost na ústřední výbor KSČ. Naťukal jsem na stroji dopis a hodil ho do schránky u vchodu do ÚV. Asi za týden zavolal nějaký soudruh, chtěl znát další detaily a po několika dnech mi oznámil, že mám v dodatečném termínu jet na přijímací pohovor do Olomouce. Komise byla s mými znalostmi z matematiky a fyziky velmi spokojená, ale ještě jsem potřeboval doporučení ke studiu od komunistické organizace z původního bydliště z obce Odřepsy u Poděbrad. Tamní komunisté mi studium zamítli, a tak museli proděkan přírodovědecké fakulty a předseda univerzitní organizace KSČ odjet osobně z Olomouce do Polabí, aby komunisty ve vesnici přesvědčili. Po jejich domluvě mi dali svolení s podmínkou, že můj ročníkový učitel každý semestr podá do Odřepes zprávu, jak si ve škole vedu. První rok studií mě to pořád táhlo do Prahy za kolegy z fyzikálního ústavu, stále jsem toužil studovat elementární částice a teorii polí. Podal jsem si znovu žádost na MFF UK, ale odmítli mě s tím, že mám nejdříve dostudovat v Olomouci. Paradoxem je, že jsem se později stal doktorem věd této fakulty a zasedal v jejích vědeckých radách. Nezbylo mi nic jiného, než zůstat u optiky. Postupně jsem jí přišel na chuť, zvláště když se vyskytla možnost zabývat se optikou kvantovou.

Jaký je princip kvantové optiky?
Částice světla, fotony, které vyletují z žárovek a dalších tradičních zdrojů, jsou chaotické a mají tendenci se shlukovat. Objev laserů přinesl možnost vytvořit úzký svazek fotonů s jinými vlastnostmi. Když svazek zeslabíme, začnou se projevovat kvantové vlastnosti fotonů a do hry vstoupí kvantová mechanika. Brzy se zjistilo, že z krystalu, do kterého pustíme paprsek ultrafialového laseru, vychází na druhé straně dvojice fotonů, které si zachovávají energii a kmitočet. Měření jednoho fotonu ovlivňuje vlastnosti sousedního, a máte jev na kvantové úrovni. Můžete redukovat počet fotonů až na definované množství, můžete velmi přesně měřit například gravitační vlny. Pokud začnete zpřesňovat počet fotonů, bude se rozlaďovat fáze. To už nabízí využití k bezpečnému přenosu informací.

Můžeme očekávat nějaké uplatnění těchto poznatků v praxi?
Určitě. Například v kvantových počítačích. Teoreticky víme, že mnohonásobně vzroste jejich kapacita i rychlost, zároveň budou mnohem menší než dnešní počítače. Další možnou aplikací je bezpečný přenos datových souborů v kvantové kryptografii. Při kvantové teleportaci stav v daném místě zanikne a vytvoří se na místě jiném. Kvantová kryptografie umožní přenášet důležitá data v bankách a pojišťovnách, kde je nutná zvýšená bezpečnost při komunikaci. Přenos nelze „odposlouchávat“. Pokud by kdokoliv do přenosu zasáhl a chtěl důležité informace přečíst, přenos se přeruší a po skončení intervence se opět obnoví. Příjemce samozřejmě narušení pozná, protože část informace chybí.

Už tento přenos někde funguje?
Po roce 2000 ověřovali princip v jedné rakouské bance a uplatnil se i při volbách ve Švýcarsku. My jsme ve Společné laboratoři optiky také provozovali kryptografickou linku na základě optických vláken. Teleportace byla zatím provedena s kvantovými stavy.

Co brání brzkému využití?
Hlavním problémem je fakt, že na kvantový systém rušivě působí okolní teplota. Jakmile je absolutní teplota vyšší než nula, systém se hroutí. Ovšem pokud necháme kvantový jev proběhnout velmi rychle, v několika femtosekundách, nestačí ho okolní teplota narušit. Zatím se takový postup daří v laboratořích. Těžko tedy odhadnout, kdy se dočkáme praktické aplikace.

A co teleportace lidí, jako v seriálu Star Trek?
To je hudba daleké budoucnosti, ale podle mě je to spíše sci-fi. Při přenosu fyzických částic je velmi pravděpodobné, že transformace neproběhne úplně dokonale a teleportované osobě by pak chyběla třeba část těla. To by se jí určitě nelíbilo.

Jakého výsledku si nejvíce vážíte?
Náš tým jako jeden z prvních na světě objevil neklasické vlastnosti fotonů v nelineárních optických procesech na základě jejich kvantové statistiky. Některé kvantové vlastnosti optických polí byly publikovány, aniž by autoři věděli, že je objevili. Ale jejich obecný rámec byl určen v roce 1963 v pracích R. J. Glaubera jako zakladatele moderní kvantové optiky. V té době jsme nemohli publikovat v západních fyzikálních časopisech, jen v našich a polských, takže odezva na naše výsledky byla tomu přiměřená. Ale postupně jsem dostával pozvání na přednášky a pobyty v západní Evropě a v USA. Moje články a knihy o kvantové optice, zejména kniha Coherence of Light, která vyšla v roce 1972 a dva roky poté byla přeložená do ruštiny, se postupně prosadily a ovlivnily několik generací pracovníků v kvantové optice, i když vedoucí naší laboratoře, původem důstojník armády, výzkumům moc nepřál – funkci získal jen díky komunistické legitimaci a kvantové optice vůbec nerozuměl.

Text: Josef Matyáš

Zdůvodnění nominace prof. Peřiny na Cenu Neuron za přínos světové vědě

„Osobnost a činnost prof. Peřiny je neoddělitelně spojená s českou vědou obecně a klasickou a kvantovou optikou zvláště. V průběhu své vědecké kariéry realizoval, podobně jako jiní mezinárodně uznávaní vědci, řadu funkcí. V první řadě je to jeho role vědce mezinárodního věhlasu, dále funkce organizátora vědecké práce a v neposlední řadě pedagoga, který vychoval řadu dalších optiků, kteří pokračují v jeho práci u nás i v zahraničí.

Profesor Peřina se celý život věnoval problematice klasické a kvantové optiky. K jeho prvořadým zájmům patří studium neklasických vlastností světla. Pro laika se může zdát toto téma vysoce akademické s malým, když ne nulovým, přesahem s praktickými otázkami techniky a běžného života. Současný bouřlivý rozvoj optiky dokazuje pravý opak. Hluboké a rozsáhlé vědecké poznatky, kterých prof. Peřina v průběhu svého vědeckého života dosáhl, umožňují pracovišti v Olomouci a dalším pracovištím v Evropě a Americe úspěšně pracovat na takových otázkách jako je kvantová komunikace, zpracování kvantových stavů a manipulace svazků světla na úrovni jednotlivých fotonů. Potvrzením mezinárodně významného dopadu je velká vědecká odezva na jeho práce. Počet (přes 260 vědeckých publikací) není v tomto ohledu tak důležitý, i když je samozřejmě impozantní. Důležité je, že jeho výsledky žijí v laboratořích v celém světě a přinášejí další vědecké úspěchy.

Druhým aspektem osobnosti prof. Peřiny je jeho činnost pro vědeckou komunitu, zajištění kontinuity vědecké práce a stabilizace vědecké základny v České republice. K tomu můžeme ještě přidat osobné nasazení při prosazování Mezinárodních vědeckých standardů při posuzování vědecké práce v dobách, kdy se přihlíželo k řadě jiných ukazatelů. V průběhu svého života řídil mnoho vědeckých projektů a v posledních letech řídil jeden z nejúspěšnějších vědeckých záměrů v ČR. Potvrzením jeho služeb pro českou vědeckou komunitu je mimo jiné i fakt, že v Olomouci vybudoval mezinárodně uznávané vědecké centrum. Prof. Peřina ho profiloval a toto centrum je v současnosti, i bez jeho přímé účasti na řízení, schopno dostát všem svým vědeckým výzvám a prosadit se i v tvrdé mezinárodní konkurenci, a to jak v oblasti teoretické, tak i experimentální.

Organizační činnost prof. Peřiny je úzce spojena s další oblastí, a to pedagogickou. Skutečně výrazná vědecká osobnost přitahuje k sobě mladé lidi, kteří chtějí pracovat na moderních, vědecky cenných, problémech. Během své kariéry vychoval desítky diplomantů a doktorandů. Mnozí z nich jsou teď sami profesoři, a to nejen u nás, ale i v zahraničí. Nepochybně se dá mluvit o olomoucké škole kvantové optiky, a díky činnosti prof. Peřiny se dá jistě očekávat její další úspěšný rozvoj. Jeho pedagogická činnost je dále zvýrazněna počtem monografií o kvantové optice. Řada studentů u nás i v zahraničí se seznamuje s nelineární optikou a kvantovou optikou právě skrze jeho knihy.

Prof. Peřina je výraznou mezinárodně uznávanou osobností. Jeho životní dílo má trvalou hodnotu. Svojí činností pro vědeckou komunitu zajistil růst a zisk vědecké prestiže pro celý vědecký obor.“

– prof. Ing. Igor Jex, DrSc., děkan FJFI ČVUT

Napsali o něm: