Венелин Тодоров e доктор по математика от Института по информационни и комуникационни технологии към Българската академия на науките. Носител е на наградата "Джон Атанасов" за тази година, както и наградата "Питагор" за млад учен. Носител е и на наградата на БАН за млади учени до 35 години в областта на информационните и комуникационните науки и технологии "Професор Марин Дринов" за 2019 г., награда на БАН за най-успешен проект за млади учени по Програмата за подпомагане на млади учени на БАН 2017- 2019 г., както и награда за най-добър млад учен на БАН за 2018 година!
Зад гърба му стоят впечатляващи постижения, които се състоят в създаването на високоефективни стохастични и детерминистични подходи за оптимизация на алгоритми и моделиране на сложни системи с много голяма размерност. Тези системи намират приложение в киберсигурността, финансовата математика, при прогнозиране на атмосферни процеси с много голяма размерност, далечен пренос на замърсители, устойчиво земеделие, както и екология и биоикономика.
Д-р В. Тодоров намира решение на задачата на Ричард Файнман в квантовата механика, освен това екипът му прави световен рекорд за компютърно моделиране на голям атмосферен модел, като неговото подобрение е с над 4 порядъка от резултата на съществуващия досега най-добър алгоритъм. По този начин екипът прави подобрение, което има пряко влияние върху здравето и качеството на живот на всички хора!
Кои са първите ти стъпки към науката?
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 – г-жа Аврамова. В 12 клас вече имах оценка от националната олимпиада и с нея нямаше нужда да ходя на изпит, а направо ме приеха в Софийския университет с математика. Майка ми изигра ключова роля от Русе да дойда в София и да започна да се занимавам с наука. В Софийския университет записах математика, след това магистратура по приложна математика и така се стигна и до докторантското място в БАН, където в момента работя.
С какво науката промени живота ти?
Науката е моята работа! В нея влагам цялото си усилие. Ако не беше науката, нямаше да спечеля нито наградата „Питагор“, нито „Джон Атанасов“, нито щях да водя живота, който сега имам. Предизвикателствата, с които се срещнах в работата си, калиха характера ми. Най-тежкото преживяване за мен беше, когато, точно преди започването на дисертацията ми и първите ми стъпки в науката, майка ми внезапно почина. Затова посветих на нея президентската награда ,,Джон Атанасов‘‘!
Приемам, че науката не е декорация в живота, а основата на всички наши познания и всички наши открития!
А каква роля играе математиката в живота ни?
Ако се вгледаме внимателно, ще видим, че ролята на математиката в живота на човека е ключова. Компютри, телефони и други съвременни уреди не биха били възможни без математиката. Без познаване на основните математически закони става много трудно да се учат почти всички професии. Математиката е в счетоводството, финансите, астрономията и биологията. Дори видеонаблюдението и алармената система не биха били възможни без нея. Много от съвременните постижения и професии не биха съществували без математическите постижения! Например компютрите и телефоните нямаше да ги има без математиката, а хората рядко си дават сметка за тази връзка. Повечето хора свързват математиката само с трудни задачи, но тя на практика е в основата на всичките ни удобства днес.
С кое свое постижение се гордееш най-много?
Всяко постижение е постигнато с много труд и колективна работа! Не мога да определя с кое точно се гордея най-много, но ще спомена няколко, които според мен имат най-голямо въздействие. Намерихме решение на задачата на Ричард Файнман в изчислителната квантова физикa, която той формулира преди повече от 70 години. За ядрото на Вигнер, което представлява изключително труден многомерен интеграл, разработихме специален оптимален адаптивен алгоритъм. Това е нещо, което никой досега не беше правил! По този начин разработихме метод, който може да доведе до технологичен пробив в използването на квантовите компютри.
Нашият иновативен Монте Карло метод позволява за първи път да се направи времезависимо моделиране на квантови системи с много голям брой частици, за които по-рано е било невъзможно да бъдат симулирани и това е представлявало изключително голям и труден проблем в изчислителната квантовата физика. Методът ни за първи път използва идеята на елементарните (квантови) частици със знак. Въпреки името си те създават на физиците съвсем неелементарни главоболия. Дори самият Ричард Файнман възкликва: ,,Мисля, че спокойно мога да кажа, че никой не разбира от квантова физика‘‘. Основателят на квантовата физика и ученият, който ме вдъхнови най-силно да се занимавам с тази научна област, осъзнава, че човешкият език не може съвсем разбираемо да опише ситуацията с квантовата физика и произнася най-прочутата си фраза: „Първата глътка от чашата на природните науки прави човека атеист, но на дъното на чашата го очаква Бог.” От Хайзенберг насам развитието на квантовата физика показва, че нейните резултати са изключително точни, макар основани на статистически прогнози, и тук именно правят пробив разработените от нас оптимални статистически подходи. Те ще подпомогнат за изпълнението на една от целите на програмата "Цифрова Европа" за сигурни, производителни и устойчиви цифрови инфраструктури, според която до 2030 година Европа следва да има стотици неутрални периферни клъстерни възли с висока степен на сигурност и да разполага с първия си квантов компютър.
Направихме световен рекорд за компютърно моделиране на голям атмосферен модел. Моето подобрение е с над 4 порядъка от резултата на съществуващия досега най-добър алгоритъм. Това ще доведе до изготвянето на по-точни прогнози за въздействието на вредните емисии върху човешкото здраве. По този начин направихме подобрение, което има директно влияние върху нашето здраве и качеството ни на живот. Разработихме и нов стохастичен подход за многомерни интегрални уравнения, който за пръв път успява да реши 100-мерното интегрално уравнение, описващо процеса на обучение на невронните мрежи. Постижението отваря нови възможности за оптимизации, надеждни и бързи изчисления в машинното самообучение и изкуствения интелект.
Радвам се, че разработените от мен алгоритми намират приложение при моделиране на невронните мрежи в изкуствения интелект, киберсигурността, високопроизводителните пресмятания в квантовата механика, финансовата математика, моделиране на сложни системи с голяма размерност при далечен пренос на замърсители във въздуха!
Защо избра да останеш в България? Какво послание би оставил на по-младите от теб? Има ли бъдеще за хората на науката в страната ни?
Обичам България! Така се стекоха обстоятелствата, че тук намерих добра среда. Решил съм да остана, защото условията са добри. Другите учени заминават за чужбина, защото заплащането е по-високо и провеждат проучвания на по-високо ниво. Наградата „Джон Атанасов“ показва, че и в България могат да се постигнат резултати, които да бъдат оценени. Тя ни дава тласък да продължим напред и да оправдаем високата оценка, която ни бе дадена. Освен това аз съм едва вторият работещ тук, който я взема, и тази награда показва че българската наука и конкретно постиженията на колегите от БАН са конкурентноспособни на световните.
С какви нови проекти си ангажиран?
Участвам в няколко проекта. Ръководител съм на проект към "Фонда за научни изследвания" на тема "Съвременни стохастични и детерминистични подходи за задачи с голяма размерност в изчислителната математика‘‘. Част от проектите са международни и са свързани с моделиране на сложни екологични системи с голяма размерност. Те са свързани с това, как новите стопански условия се отразяват в икономиката: разтопяване на ледниците, повишаване на нивото на океаните, глобалното затопляне, зелени сертификати от производители на зелена енергия. Друга част от проектите са свързани с програмата "Цифрова Европа" – нова програма, посветена на разширяването и увеличаването до максимум на ползите от цифровата трансформация за всички европейски граждани.
Изкуственият интелект ли е бъдещето?
Той не е бъдещето, а настоящето. Изкуственият интелект вече е в основата на много приложения, които използваме непрекъснато. Например той засяга пазаруването ни онлайн. Търсачките набират и обработват големи обеми от данни, за да предоставят все по-прецизни и индивидуализирани резултати от търсенията. Смартфоните предлагат виртуални асистенти, които отговарят на въпроси, правят препоръки и организират ежедневни рутинни дейности. Това също е резултат от изкуствения интелект. Дори оналйн преводачите, които използваме, са базирани на изкуствен интелект. Неслучайно той е приоритет на ЕС. Нещо много важно, той намира приложение дори в борбата срещу COVID-19. На летищата и други места се използват термални камери, които засичат хора с повишена температура.
Изкуственият интелект помага и за проследяване на скоростта на разпространението на болестта. В сфери като борба с дезинформацията, здравеопазване, транспорт, промишлено производство, дори публични услуги все повече прониква изкуственият интелект. Той може да помогне в борбата с природните бедствия като предупреждава за тях навреме и по този начин дава възможност за подготовка и намаляване на щетите. Изкуственият интелект има потенциал да трансформира основни сектори на индустрията, услугите и обществото като цяло, тъй като икономическия растеж и благосъстоянието на Европа все повече ще се опират на внедряването на интелигентни системи с много голяма размерност и на стопански ползи от обработката на големи данни.
Как квантовите компютри ще преобразят бъдещето?
В различните отрасли квантовите компютри като част от квантовата физика ще решават широк спектър от проблеми – от оптимизация до машинно обучение. Квантовата физика е физиката на 21-ви век. В действителност, много от клоновете в приложната наука са свързани с квантовата механика: изчислителната химия, чиято цел е проектиране на нови и по-ефективни лекарства, полупроводниковата физика, в която усилията са насочени към създаването на нови електронни устройства, и прочие. По-конкретно, при въздухоплаването квантовите компютри могат да помогнат да се намери най-добрият начин за разпределяне на ресурсите, така че пътниците, екипажът и графиците за техническо обслужване да бъдат засегнати възможно най-слабо.
Квантови компютри могат да помогнат на компаниите, занимаващи се с природни науки, да намалят значително периода на предклинична фаза средно от три до шест години, увеличавайки скоростта и намалявайки разходите за разработване на лекарства. Те биха могли да идентифицират най-подходящите места за вграждане на сензори за събиране на най-значимите данни, както и да ускорят процеса на машинно обучение. Квантовата технология би могла също така да определи най-ефективните траектории за придвижване на служителите или роботите из склада. Те ще могат да помогнат и на финансовите институции да решават проблемите на своите клиенти. Технологията ще помогне и на институциите по-точно да характеризират аномалии в транзакциите и бързо да откриват измами.
Каква е ролята на Бог в науката?
Всъщност огромна, може да се каже, че тя указва смисъла зад научните открития. Ако проследим началото на модерната наука от 16-ти век, част от нейните основоположници – Нютон, Декарт, Лайбниц, Паскал, са били вярващи християни. Може да се каже, че те са търсели закони в света, защото са очаквали да има Законодател, което показва, че вярата в Бога е била по-скоро двигател за науката. Дори Нютон в своя труд “Математически основи на натурфилософията“ завършва със своите изчисления и накрая казва, че от всичко, което е постановил, вижда, че този красив свят, изпълнен със слънцето, кометите, планетите, звездите, няма как да възникне в резултат на случайност, а е дело на един интелигентен разум, който той нарича Господ. Макс Планк, създателят на квантовата теория, заявява: “Вярата в Бога е необходима както за религията, така и за науката. В сферата на религията Бог стои в началото на всяко размишление, а в сферата на науката Той стои в края. За религията Бог представлява основата, а за науката той е короната на всяко размишление, което е насочено към мирогледните философски въпроси.” А Айнщайн, избран за личност на второто хилядолетие, цитиран в Holt 1997 г., казва, че “Колкото повече се занимавам с наука, толкова повече вярвам в Бога.” В една своя реч пред студентите на Юнивърсити Колидж, Лондон (1 май 1903 г.), лорд Келвин, основателят на термодинамиката и електрониката, казва: “Не се страхувайте да бъдете свободомислещи. Ако се замислите достатъчно задълбочено, вие ще бъдете принудени от науката да се насочите към вярата в Бога.” А когато питат най-големия съвременен физик, Хокинг, който е по-скоро атеист, дали между вярата в Бог и науката има конфликт, той отговаря: “Ако те бяха в конфликт, Нютон нямаше да открие закона за гравитацията.” (ХОКИНГ, цитиран в White and Gribbin 2002, 166). Айнщайн 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.‘‘ Учените и философите често сравняват света около нас с часовник, а самия Бог – с часовникар, който създава и поддържа сложния часовников механизъм.
Казано по друг начин, няма как един двигател да стане от само себе си – той е плод на години изчисления, чертежи, дизайн, производство на прототипа и после тестове с пресмятания, няма как една сложна изчислителна машина да се конструира без намесата на интелект и множество сложни пресмятания, няма как да възникне случайно машина / организъм който да не е проектиран в детайли, било то процесор, входове, изходи, сензори, изпълнителни механизми, отделно софтуерът – плод на много работа – а колко по-сложна е една клетка, ако 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 много сложно устроена система от механизми, всеки от който е изграден от множество сложни клетки.
А защо клетката или организма прави това или онова – има софтуер, проектиран и написан от Някого. Светът е много сложно устроен и подреден, което само по себе си говори за разумна намеса. Макс Планк обобщава (ПЛАНК 1992, 58; Eggenstein 1984): "Цялата материя произхожда и съществува само чрез една Сила, която подбужда атомните частици към вибрация и ги поддържа в движение в миниатюрната ‘слънчева система’ на атома. Тъй като обаче в цялата Вселена няма нито една интелигентна или вечна сила (и никога не се е удало на човечеството да открие така горещо желания "вечен двигател"), ние трябва да приемем, че зад тази Сила стои един съзнателен, интелигентен Дух. Именно този Дух е Първопричината на цялата материя.”
Всички тези учени ме убедиха, че науката и вярата в Бог се допълват и правят човешкия живот пълноценен. Науката ни показва как да подобрим материалния си живот, а вярата – как да имаме духовен живот. Човекът не е само материално същество, а се нуждае от отговори на моралните въпроси, които вярата в Бог дава.
Какво ще пожелаеш на читателите ни?
На първо място им пожелавам да са здрави в тези смутни времена. Мечтайте, дерзайте и никога не спирайте да опитвате! Всяка мечта заслужава да бъде реализирана! И накрая, на читателите пожелавам с мислите и мечтите си да променят света около тях според примера на Джон Атанасов, който казва: “Най-голямата смелост човек може да прояви не в открития космос, а в мисълта!”
