YazarPhysicist
-
291Okuma Süresi: Bu yazıyı " 4 " dakikada okuyabiliriniz.
Etkileşen kuantum parçacıklarının dinamiklerini düzenleyen evrensel yasalar, henüz bilimsel topluluğa açıklanmamıştır. Temel Bilimler Enstitüsü (Daejeon’daki IBS, Güney Kore) teorik Kompleks Sistemler Fizik Merkezinde (PCS) bir araştırma ekibi, 60 yıla eşdeğer simülasyon verilerini elde etmelerini sağlayan yenilikçi bir araç kutusu kullanmayı önerdi ‘deneysel zaman. Hesaplama ufkunu bir günden daha önce görülmemiş zaman ölçeklerine kadar uzatarak IBS araştırmacıları, partikül etkileşimlerine orijinal olarak yayılmanın aktivatörü olarak kabul edildiğinde bile, partikül etkileşimlerinin neredeyse hiç kuvvet göstermediği zamanlarda bile yayılmaya devam ettiğini doğrulayabildiler. . Bulguları 30 Ocak 2019’da Fiziksel İnceleme Mektupları’nda çevrimiçi olarak yayınlanmaktadır.
Çalışma, yoğunlaşmış maddenin en temel iki fenomeni ile ilgilidir: etkileşim ve bozukluk. Çok soğuk atomik gazları düşünün. Gazdan bir atom bir kuantum partiküldür ve dolayısıyla hem genliğe hem de faza sahip olan kuantum dalgasıdır. Bu tür kuantum partikülleri, yani dalgalar düzensiz bir ortamda yayılmadığı zaman, tuzağa düşerler ve tamamen dururlar. Yayılan dalgaların bu yıkıcı müdahalesi Anderson yerelleşmesidir.
Kuantum mekaniği ile tanımlanan mikroskobik parçacıklar birbirlerine yaklaşırken etkileşime girerler. Etkileşim varlığı, en azından başlangıçta, kuantum parçacıkları içeren bir buluttaki yerelleştirmeyi tahrip eder ve bulutun çok yavaş ve farklı bir şekilde kaçmasına ve dağılmasına izin verir. Atomlar etkileşime girdiğinde (çarpıştığında) sadece enerji ve momentum değiştirmez, aynı zamanda fazlarını da değiştirir. Etkileşim, düzenli dalga kalıplarını yok ederek faz bilgisinin kaybına neden olur. Zaman geçtikçe bulut yayılır ve incelir.
Son on yıldaki sıcak tartışmalar, sürecin durup durmayacağı sorusuna ayrılmıştı, çünkü etkileşimin etkin gücü çok düşük ya da değil. Ultracold Potasyum atomlarının Bose-Einstein kondensatlarıyla yapılan deneyler, araştırmacılar atom gazını sabit tutmak için çok çaba harcadıklarından, 10 saniyeye kadar sürdü. Sayısal hesaplamalar bir günlük bir eşdeğer için yapıldı. Dikkat çekici bir şekilde teorik hesaplamalı fizik deneylerden çok daha üstün olması için zaten eşsiz bir durumdaydı!
Sergej Flach liderliğindeki IBS araştırmacılarından oluşan ekip, bulut dinamiğine yeni bir zor sayısal test yapmaya ve hesaplama ufkunu bir günden 60 yıla kadar deneysel zaman eşdeğeri olarak vermeye karar verdi. Asıl zorluk, sürecin yavaş ilerlemesidir: herhangi bir önemli değişikliği görmek için bulutun dinamiklerini uzun süre taklit etmek gerekir. Yeni hedef, önceki kayıtları en az on bin faktör kadar sert bir şekilde genişletmek ve aynı zamanda hesaplama açısından zor fiziksel modellerin hızlı simülasyonlarına eş zamanlı olarak yeni bir yaklaşım geliştirmekti.
Araştırma ekibi, araştırılan kayıt zaman çizelgelerine kadar yayılmış bir bulut gözlemledi. Başarının anahtarı, Kesikli Zaman Kuantum Yürüyüşleri – kuantum hesaplamaları için teorik ve deneysel platformlar – kullanımıydı. Onların benzersiz özelliği, zamanın sürekli akmaması, ancak ani artışlarla ana hızlandırma faktörlerinden biri haline gelmesidir. Yeni rekor süreleri gerçekleştirmek için birkaç ek teknik araç kullanıldı: IBS’nin devasa süper hesaplama gücü, program optimizasyonu ve grafiksel işlem birimi kümelerinin kullanımı (GPU).
Takımın sonuçları, etkileşim ve düzensizliğin etkileşiminin anlaşılması konusunda karmaşık yeni sorular ortaya koyuyor. IBS-PCS araştırmacıları, Discrete Time Quantum Walks gibi araçları kullanarak problemin farklı yönleri üzerinde çalışmaya devam ediyor. Araştırma ekibinin doktora öğrencisi Ihor Vakulchyk, “Şu anda yeni hesaplamalı yaklaşımlar ve güçler gerektiren uzun süredir devam eden sorunları çözmek için aynı tekniği kullanıyoruz” diyor. Önerilen araç kutusu, Kuantum Modelleme’nin yeni alanı ve fizikteki bilgisayar modellerinin optimizasyonu için görünüşte sınırsız olanaklar sunuyor.