Lidstvo může narazit hlavně na vlastní blbost

Když byla Lenka Zdeborová v devadesátých letech žákyní základní školy, dostala za úkol zpracovat příklad z fyziky. Výsledek byl správný, učitelce se ovšem nezdál postup, jejž budoucí špičková česká vědkyně zvolila. Za dva měsíce si ji však vyučující zavolala do kabinetu a omluvila se. Prý se spletla, Lenčin postup nakonec shledala jako správný. „To byla pro mě jako pro dítě zvláštní chvíle. Uvědomila jsem si, že věda není o tom, kdo je starší nebo zkušenější, kdo je větší autorita. Je to o tom, co je a co není pravda,“ říká po letech dnešní vysokoškolská profesorka fyziky a informatiky.

Už odmalička totiž Lenka Zdeborová projevovala mimořádný talent na exaktní vědy. A současně měla štěstí. Během svých studií opakovaně potkávala vyučující, kteří její nadání podporovali – což začalo už na oné základní škole v Přešticích na Plzeňsku. „V páté třídě mě učitel matematiky poslal na matematickou olympiádu. Když jsem v tom sále plném dětí vyhrála, došlo mi, že to, co je pro většinu mých vrstevníků složité, je pro mne intuitivní,“ vzpomíná.

Přišel čas vyplnit přihlášku na střední školu; maminka nejprve chtěla, aby šla Lenka na obchodní akademii. Myslela, že když jí jde matematika, mohla by pracovat v bance. Zakročil však zmiňovaný učitel matematiky, který zavolal k Lence domů a vysvětlil, že by bylo lepší zvolit pro jejich dceru gymnázium s matematickým zaměřením. „Rodiče ho poslechli a přihlásili mne na gymnázium na Mikulášském náměstí v nedaleké Plzni,“ vzpomíná Lenka Zdeborová.

Coby gymnaziální studentka pak dosáhla svého prvního úspěchu za hranicemi České republiky. V létě 1999 získala Lenka bronzovou medaili na Mezinárodní fyzikální olympiádě v italské Padově. „Vzpomínám si, že se mi to moc nepovedlo, nebyla jsem spokojená,“ usmívá se. V českých novinách se posléze objevila oslavná zmínka, že byla třetí nejlepší dívkou na světě. Už tehdy k tomu však dodala, že ve skutečnosti bylo mezi soutěžícími málo děvčat, takže zabodovat nebyl takový problém. „Trochu mě to štvalo, protože jsem sice byla třetí nejlepší dívka na světě, ale tři kluci z našeho týmu byli lepší než já,“ říká dnes. „Čím výš na kariérním žebříčku jsem, tím víc dostávám dotazy ohledně postavení žen ve vědě. Já mám dvě dcery, které ode mě doma určitě neuslyší, že matematika není pro holky. I když ony to čas od času slýchají jinde,“ dodává.

Setkání s nobelistou

Je konec roku 2021. Lenka Zdeborová sedí ve svém bytě ve švýcarském Lausanne a já s ní hovořím přes počítač z Prahy. Při online interview česká fyzička vypráví, jak za svých středoškolských studií trávila pravidelně čas mimo školu – na různých soustředěních a přípravách na olympiády. To však neznamenalo, že by se nadaní studenti s vášní pro fyziku nechovali občas jako teenageři. Vyprávět by o tom mohl třeba profesor Vybíral, který vedl jedno soustředění v Peci pod Sněžkou – a měl kvůli svým svěřencům potíž s autem.

Profesor, jenž sám fyzikální olympiádu dlouhá léta vedl, oznámil jeden večer, že musí druhý den ráno na otočku do Hradce Králové na univerzitu. Přitom parkoval auto mezi dvěma domy a matematicky a fyzikálně nadaní studenti si spočítali, že když jeho automobil otočí o devadesát stupňů, vejde se do uličky stále, byť jen taktak. Sebralo se jich deset, auto zvedli, otočili a šli spát. Profesor se ráno vzbudil a nemohl odjet, protože zepředu i zezadu ho od domů dělilo jen pár centimetrů. Všechny pak prý vzbudil a auto museli otočit nazpátek. „Byl na nás chvíli naštvaný, ale dlouho ne,“ usmívá se Lenka.

Přijali ji na Matematicko-fyzikální fakultu Univerzity Karlovy v Praze, kde se postupně začala věnovat oboru, jenž jí vlastně zůstal dodnes. Dostala se ke statistické fyzice, v níž se zkoumá chování různých komplexních soustav, včetně fyzikálně velmi exotických materiálů. Diplomovou práci připravovala na Fyzikálním ústavu Akademie věd, kde se mimo jiné zabývali jedním takovým exotickým materiálem – spinovými skly. Ještě než se dostaneme k tomu, co to vlastně je, musíme říct, že díky tomu Lenka poprvé, zpočátku nepříliš ochotně, vstoupila do světa mezinárodní spolupráce.

Fyzikální ústav byl v té době zapojen do projektu SPHINX, jenž propojoval několik evropských pracovišť. „Mně tehdy přišlo zajímavé zkoumat cokoli, co bude dostatečně složité. Mému vedoucímu diplomové práce přišlo naopak jako skvělý nápad, pokud budu moct cestovat po Evropě a poznávat kolegy. To mně tehdy jako dobrý důvod nepřipadalo, ale nakonec se ukázalo, že to byl důvod nejlepší,“ uznává zpětně vědkyně.

Začala létat na konference, kde poznala celou řadu špičkových vědců. Mezi nimi Itala Giorgia Parisiho, jenž získal loni Nobelovu cenu: a to za teorii komplexních systémů – která souvisí právě se zmíněnými spinovými skly.

Když se fyzikové smějí

Spinové sklo je pro vědce zajímavý materiál, a to kvůli svým magnetickým vlastnostem. Laik si to může představit na příkladu slitiny železa se zlatem. „Člověk musí být fyzik, aby ho na slitině, kde je devadesát osm procent zlata a dvě procenta železa, zajímalo právě železo,“ řekne na začátku svého výkladu Lenka Zdeborová vtip kolující mezi vědci a vědkyněmi z oboru fyziky. Co je ovšem na onom materiálu skutečně podstatné? Železo, které se oproti zlatu chová jako magnet, je v této slitině náhodně rozprostřeno – a právě toto náhodné rozprostření je zodpovědné za překvapivé vlastnosti slitiny. Což vědce fascinuje a snaží se v této „neuspořádanosti“ najít logiku. Ostatně právě za teoretický popis toho, jak se spinové sklo chová, dostal zmíněný italský vědec Parisi nobelovku.

Nutno dodat, že samotné spinové sklo nám k ničemu neslouží, nebudeme ho zřejmě používat jako materiál do harddisků ani se nebude dávat do raket letících na Mars.

„Proč je tedy tak důležité vědět, jak se tato slitina chová?“ ptám se.

„Ukázalo se, že pokud se matematicky popíše, jak se takový materiál chová, lze ten samý popis použít i na další neuspořádané systémy,“ vysvětluje mi Lenka. Coby příklad zmiňuje neuronovou síť v mozku. „Neuspořádaný systém je taky chování počítače, když se snaží něco naučit, třeba šachy. A je to taky pandemie. Respektive to, jak se šíří nemoc covid-19 mezi lidmi,“ dozvídám se. Podle Lenky Zdeborové by tak počítače při použití správného algoritmu mohly v budoucnu třeba mnohem lépe definovat, jaké účinky budou mít různá opatření za pandemie. Zda se například vyplatí zavřít školy, anebo to naopak bude mít nepodstatný vliv na šíření nemoci. Lenka dokonce soudí, že nás od tohoto pandemického „know-how“ dělí přibližně pět let.

Obarvit mapu světa

V roce 2005 se Lenka Zdeborová dostala do Paříže. Na jedné z konferencí poznala svého současného partnera, taktéž vědce zkoumajícího spinová skla, který se zrovna chystal v Paříži pokračovat ve své kariéře. A na jedné z dalších konferencí potkala slavného francouzského fyzika Marca Mézarda. I on žil ve francouzské metropoli, kde působil na Univerzitě Paris-Sud. A mladá vědkyně se rozhodla, že si chce u Mézarda udělat doktorát. Tak dlouho ho bombardovala e-maily, návštěvami a předběžnými výsledky svého zkoumání, až kývl.

Čemu se ve Francii věnovala, se mi česká vědkyně pokouší vysvětlit na příkladu obarvování mapy světa. Jeden ze slavných matematických závěrů, který předpovídali už někdy v polovině 19. století, ale dokázaný byl až v sedmdesátých letech minulého století, zní takto: pokud máte mapu světa a chcete sousedící země obarvit odlišnými barvami, stačí vám k tomu čtyři barvy.

Zajímá mě, proč je to tak složité spočítat a k čemu je toto poznání dobré kromě samotného obarvování map. A ze slov Lenky Zdeborové vyplývá: Obecně se tato úloha řeší tím, že zkoušíte různé varianty, propočítáváte různé barvy postupně pro země světa. „Počet možností exponenciálně roste,“ přibližuje mi vědecký problém. „Nakonec se už nevejde do žádného počítače na světě,“ dodává. Zkoušet všechny varianty tedy skutečně není efektivní cesta, jak dojít ke kýženému cíli. A právě proto – zjednodušeně řečeno – se Lenka Zdeborová snaží složité propočty měnit v jednoduché algoritmy tak, aby to počítač zvládl rychle a neměl se „složitými systémy“ tolik práce. Prostě učí počítač pracovat lépe a efektivněji.

V Paříži mimochodem podobně zdokonalovala CT vyšetření. Protože když vámi prochází tisíce rentgenových paprsků, je to právě počítač, který ze všech těch dat dokáže vytvořit obrázek, třeba naší páteře. „Snažili jsme se přijít na algoritmy, které dopomohou k tomu, aby měl doktor obrázek z co nejmenšího počtu měření a za co nejkratší dobu,“ říká Lenka.

Počítač se učí sám

Česká vědkyně procestovala při svém zkoumání různé země světa. Absolvovala mimo jiné stáž ve městě Los Alamos. Historie ho dobře zná, neboť v něm za druhé světové války vědci sestrojili první atomovou bombu, dnes je tam vědecká národní laboratoř. Po americké zkušenosti dostala v Paříži místo v Centre national de la recherche scientifique, což je do určité míry obdoba naší Akademie věd. Jak dnes říká – výhodou této instituce bylo, že nemusela přednášet, takže měla dost času jezdit na další stáže. Společně s partnerem a dvěma malými dětmi (a někdy taky babičkou) byli ještě několikrát v USA, třeba na kalifornské univerzitě v Berkeley.

V září 2020 se pak celá rodina přesunula z Francie do Švýcarska. Nyní Lenka působí na škole École Polytechnique Fédérale de Lausanne, která je, co se týče oborů jako informatika a inženýrství, nejlepší institucí svého druhu v Evropě.

Za poslední dobu se podle Lenky Zdeborové staly v jejím oboru neuvěřitelné věci. Jaké? ptám se. Třeba když v roce 1998 porazil superpočítač Deep Blue nejlepšího šachového velmistra Kasparova, odpovídá Lenka. To prý není vše. Existuje ještě jiná hra, jménem Go, která je co do počtu variací mnohem složitější než šachy, dozvídám se. A když computer Deep Blue slavil své šachové vítězství, říkalo se, že je nemožné, aby jakýkoli počítač v dohledné době porazil člověka v Go. Jenže! V roce 2016 Google vydal zprávu, že jeho program AlphaGo vyhrál v této hře nad nejlepším hráčem světa. „To je hezký příklad toho, jaký pokrok udělalo strojové učení za poslední roky,“ říká s nadšením vědkyně. To, že vkládáme do počítače jednotlivá utkání a počítač si zapamatovává všechny jejich tahy, je podle Lenky vcelku známá a nikterak unikátní věc. Jenže! Počítač už jde ještě o krok dál, dokáže hrát šachy sám se sebou a sám se z toho učit a taky sám sebe porazit. Říká se tomu „deep learning“. Jak a kdy přesně toto „hluboké učení“ funguje, je přitom pro vědce stále ještě záhadou...

Hlubokého učení využívá třeba i překladač společnosti Google. „Když jsem kdysi přijela do Paříže a neuměla francouzsky, moje špatná francouzština byla stále o dost lepší, než když jsem zkoušela používat překladač. A nyní? Nyní už toto neplatí, neuvěřitelně se během těch let zlepšil,“ říká Lenka. Ale opět, teoretický anebo matematický princip, který za tím stojí, jasný není…

Ještě mne zajímá jedna věc. Vidí Lenka ve světě umělé inteligence něco, co bylo popsané jen ve sci-fi, ale nakonec to není nemožné? Cosi, co je jen těžko uvěřitelné, ale mohlo by se přesto jednou stát? Lenka si vzpomene na několikasvazkové dílo Nadace od amerického spisovatele a biochemika Isaaca Asimova. V jeho vytvořeném světě si lze matematicky spočítat, jak se bude naše společnost vyvíjet. Podle Lenky to ale až takové sci-fi, jak by se mohlo na první pohled zdát, není. Celý náš svět je jeden velký neuspořádaný systém, tedy něco jako ono spinové sklo. A i s ním by si tedy jednou mohl nějaký algoritmus poradit – předkládá česká vědkyně teorii, která zní laikovi poměrně divoce.

Algoritmy by pak podle ní mohly nabídnout i řešení problémů, jimž naše planeta čelí nebo čelit bude. „Nebojím se tedy války robotů. Nebojím se ani, že lidstvo skončí pod nadvládou umělé inteligence,“ říká Lenka. „Bojím se jiné věci, že jednou dokážeme spočítat, jak zachránit naši planetu, jak například vyřešit globální oteplování, a my to sice budeme vědět, ale neuděláme to. Lidská blbost nám prostě nedovolí naše znalosti použít.“

Autorka je stálou spolupracovnicí magazínu Reportér.