انجام محاسبات فیزیکی با سرعت نور

گروه علمی: محاسباتی که به حدی پیچیده است که ۲۰ سال زمان می‌برد تا توسط یک کامپیوتر انجام شود، اکنون توسط یک لپ‌تاپ معمولی در عرض یک ساعت انجام می‌گیرد.به گزارش ایسنا، آندریاس اکستروم(Andreas Ekström) فیزیکدان از دانشگاه فناوری چالمرز(Chalmers)، به همراه همکاران تحقیقاتی بین‌المللی‌اش روش جدیدی را برای محاسبه فوق سریع خصوصیات هسته‌های اتم طراحی کرده‌اند.این رویکرد جدید براساس مفهومی به نام "شبیه سازی" است. به طوری که محاسبه‌ی تقریبی جای محاسبه‌ی کامل و پیچیده را می‌گیرد. اگرچه محققان از نوعی میانبر استفاده می‌کنند اما نتایج حاصل تقریبا مشابه و دقیق است. این روش یادآور الگوریتم‌های یادگیری ماشین است، اما در نهایت محققان روشی کاملا جدید طراحی کرده‌اند که دریچه‌های بیشتری به روی تحقیقات بنیادی در زمینه‌ی فیزیک هسته‌ای باز می‌کند.آندریاس اکستروم می‌گوید: اکنون که می‌توانیم به وسیله‌ی این روش هسته‌ی اتم را شبیه‌سازی کنیم، ابزاری کاملا جدید برای ساخت و تجزیه و تحلیل نظریات در مورد نیروهای بین پروتون‌ها و نوترون‌های درون هسته در اختیار داریم.

اساس درک وجودیت ما
این موضوع برای فهم ماهیت وجودی ما، منشأ و ثبات مواد قابل مشاهده اساسی است. بیشتر جرم اتم در مرکز آن قرار دارد در قسمتی متراکم به نام هسته. ذرات تشکیل دهنده‌ی هسته، پروتون و نوترون‌ها هستند که به وسیله‌ی نیروی قوی در کنار هم نگه داشته می‌شوند. اگرچه این نیرو برای وجود ما بسیار ضروری است اما هیچ کس نمی‌داند که چگونه عمل می‌کند؟ برای افزایش دانش‌ ما و کشف خصوصیات اساسی ماده مرئی محققان باید بتوانند خصوصیات هسته اتم را با دقت زیاد مدل‌سازی کنند.تحقیقات بنیادی که آندریاس اکستروم و همکارانش انجام می‌دهند به روشن شدن موضوعاتی مثل ستاره‌های نوترونی و ویژگی‌هایشان و همچنین ساختارهای درونی هسته‌ اتم و نحوه نابودی آن کمک می‌کند. تحقیقات بنیادی در زمینه‌ی فیزیک هسته‌ای به افزایش اطلاعات در زمینه‌ی اخترفیزیک، فیزیک اتمی و فیزیک ذرات نیز کمک می‌کند.

باز شدن دریچه‌هایی جدید به روی ناممکن‌ها
آندریاس اکستروم می‌گوید: من بسیار هیجان‌زده هستم که می‌توان محاسباتی با چنین دقت و کارایی انجام داد. در مقایسه با روش‌های قبلی، ما احساس می‌کنیم که اکنون محاسباتمان را با سرعت نور انجام می‌دهیم. امیدواریم در طول تحقیقاتمان بتوانیم روش "شبیه سازی" را بیشتر بهبود ببخشیم و تجزیه و تحلیل آماری پیشرفته‌ای در مورد مدل‌های مکانیکی کوانتوم انجام دهیم. با این روش شبیه‌سازی به نظر می‌رسد که می‌توانیم به نتایجی دست یابیم که قبلاً غیرممکن قلمداد می‌شدند. و این موضوع قطعا دریچه‌ای برای ممکن شدن موضوعات بعدی است.

کمی بیشتر در مورد میانبر ریاضیاتی
این روش جدید مبتنی بر چیزی به نام بُردار ویژه ادامه‌دار(eigenvector continuation) است و امکان شبیه‌سازی بسیاری از خصوصیات مکانیکی کوانتوم هسته‌های اتمی را با سرعت و دقت باورنکردنی فراهم می‌کند. محققان به جای حل مستقیم و مکرر مسائل وقت‌گیر و پیچیده، یک میانبر ریاضی ایجاد کرده‌اند که این امکان را می‌دهد تا با استفاده از چند راه حل دقیق با سرعت بیشتری به راه حل‌های تقریبی دست یابند.اگر این روش به خوبی کار کند، راه حل‌هایی ایجاد می‌کند که تقریباً دقیقاً ۹۹ درصد شبیه به راه حل‌های مشکل اصلی هستند. این موضوع از بسیاری جهات شبیه به اصول مورد استفاده در یادگیری ماشین است، اما این یک شبکه عصبی یا یک فرایند گاوسی نیست بلکه یک روش کاملاً جدید است. این روش محدود به تحقیقات هسته‌های اتمی نیست و محققان در حال حاضر به دنبال انواع مختلف کاربردهای آن هستند.