Առեղծվածային քվանտային հեղուկ. Գիտնականները և արհեստական բանականությունը բացահայտել են նյութի նոր վիճակ

Ֆիզիկոսների միջազգային թիմը, մեքենայական ուսուցման մասնագետների հետ համագործակցությամբ, բեկում է կատարել քվանտային ֆիզիկայի ուսումնասիրություններում՝ նկարագրելով նյութի նոր փուլ՝ առեղծվածային սպինային հեղուկ, որը ծագում է ֆրուստրացված մագնիսական նյութերի գրեթե բացարձակ զրոյին (-273,15°C) մոտ սառեցման ժամանակ: Հետազոտությունը, որը հրապարակվել է «Physical Review Research» (PRR) ամսագրում, ցույց է տալիս, թե ինչպես է արհեստական բանականությունը (ԱԲ) օգնել բացահայտել այս անսովոր փուլի հատկությունները, որը կարող է կարևոր նշանակություն ունենալ կայուն քվանտային համակարգիչների ստեղծման համար:

Ֆրուստրացված մագնիսական նյութեր և նրանց առեղծվածները

Ֆրուստրացված մագնիսական նյութերը նյութեր են, որոնցում մասնիկների միջև մագնիսական փոխազդեցությունները հակասություններ են առաջացնում՝ խոչընդոտելով կարգավորված մագնիսական վիճակի ձևավորմանը: Նման համակարգերը վարվում են որպես «հեղուկ» մագնիսներ՝ ցուցադրելով եզակի հատկություններ, որոնք նման են քվանտային մասնիկների վարքին: Այդ հատկությունները դրանք դարձնում են խոստումնալից քվանտային տեխնոլոգիաների զարգացման համար, ներառյալ արտաքին ազդեցություններին դիմակայող քվանտային համակարգիչները:

Այնուամենայնիվ, ֆրուստրացված մագնիսական նյութերի ուսումնասիրությունը լուրջ դժվարություններ է ներկայացնում: Ծայրահեղ ցածր ջերմաստիճաններում սառեցման ժամանակ այդ նյութերում կարող է առաջանալ սպինային հեղուկ՝ վիճակ, երբ մասնիկների սպիները մնում են շարժուն՝ չսառչելով կարգավորված կառուցվածքում: Սակայն այդ հեղուկի վարքը հետագա սառեցման ժամանակ մնում էր անհասկանալի: Ինչպես նշել է Օկինավայի գիտության և տեխնոլոգիաների ինստիտուտի պրոֆեսոր Նիկ Շենոնը, ավանդական մոդելները «սայթաքում էին» նման պայմաններում համակարգի վարքը նկարագրելու փորձերի ժամանակ:

ԱԲ-ի դերը բացահայտման մեջ

Այս դժվարությունները հաղթահարելու համար գիտնականները դիմել են արհեստական բանականությանը: Օգտագործելով համակարգչային սիմուլյացիաների տվյալները՝ հետազոտողները մշակել են մեքենայական ուսուցման ալգորիթմ, որը բացահայտել է ֆրուստրացված մագնիսական նյութերի վարքի նոր օրինաչափություններ: Այդ օրինաչափությունները ցույց են տվել նախկինում անհայտ մագնիսական փուլի գոյությունը: Գտածոն հաստատելու համար գիտնականները փոփոխել են մոդելի պարամետրերը՝ «տաքացնելով» համակարգը հակառակ ուղղությամբ, և ԱԲ-ն օգնել է ճշգրտել այդ փուլի հատկությունները:

«Սա մարդու և մեքենայի իսկական սիներգիա էր, - պատմել է Բորդոյի համալսարանից Լյուդովիկ Ժոբերը: - ԱԲ-ն ընդգծեց այն պահերը, որոնք մենք բաց էինք թողել, իսկ մենք, իր հերթին, մեկնաբանեցինք այն տվյալները, որոնք ալգորիթմը բացահայտել էր»: Այս մոտեցումը թույլ տվեց ոչ միայն հայտնաբերել նոր փուլը, այլև ավելի լավ հասկանալ, թե ինչպես է սպինային հեղուկը էվոլյուցիայի ենթարկվում ծայրահեղ ջերմաստիճաններում:

Բացահայտման նշանակությունը

Նյութի նոր քվանտային փուլի բացահայտումը կարևոր նշանակություն ունի պինդ մարմինների ֆիզիկայի համար: Ֆրուստրացված մագնիսական նյութերում առաջացող սպինային հեղուկները կարող են մոդելավորել քվանտային մասնիկների վարքը, ինչպիսիք են կիսամասնիկները՝ կոտորակային լիցքով, որոնք պոտենցիալ կիրառելի են քվանտային հաշվարկներում: Այս վիճակների ընկալումը կարող է մոտեցնել կայուն քվանտային համակարգիչների ստեղծմանը, որոնք կարող են աշխատել առանց արտաքին խանգարումների հետևանքով տվյալների կորստի:

Բացի այդ, հետազոտությունը ցույց է տալիս ԱԲ-ի ներուժը հիմնարար գիտության բարդ խնդիրների լուծման մեջ: Ինչպես ընդգծել են հեղինակները, մարդկային վերլուծության և մեքենայական ուսուցման համադրումը կարող է դառնալ բնության այլ առեղծվածների, ներառյալ ծայրահեղ պայմաններում նյութերի վարքի բացահայտման բանալին:

Հետազոտությունների հեռանկարները

Գիտնականները կարծում են, որ իրենց մոտեցումը կարող է կիրառվել պինդ մարմինների ֆիզիկայի այլ խնդիրների, օրինակ՝ բարձր ջերմաստիճանների գերհաղորդիչների կամ տոպոլոգիական նյութերի ուսումնասիրության համար: Ապագայում նախատեսվում է կատարելագործել ԱԲ-ի ալգորիթմները՝ ավելի բարդ քվանտային համակարգերի վերլուծության համար: Բացի այդ, հետազոտողները հույս ունեն օգտագործել իրենց մշակումները սպինային հեղուկների իրական փորձերում ուսումնասիրելու համար, օրինակ՝ նեյտրոնային ցրման կամ մագնիսա-ռեզոնանսային սպեկտրոսկոպիայի միջոցով:

Եզրակացություն

Նյութի նոր փուլի՝ քվանտային սպինային հեղուկի բացահայտումը հնարավոր դարձավ ֆիզիկոսների և արհեստական բանականության եզակի համագործակցության շնորհիվ: Սա ոչ միայն խորացնում է ֆրուստրացված մագնիսական նյութերի մասին մեր ընկալումը, այլև բացում է նոր հորիզոններ քվանտային տեխնոլոգիաների համար: Մարդու և մեքենայի փոխազդեցությունը, ինչպես ցույց տվեց հետազոտությունը, կարող է դառնալ Տիեզերքի գաղտնիքները բացահայտելու հզոր գործիք՝ միկրոաշխարհից մինչև ապագայի քվանտային համակարգիչներ: