Lükake kokku jahutatud aatomite mass magnetväljaga ja näete "kvant-ilutulestikku" - aatomite joad, mis väljuvad ilmselt juhuslikes suundades.
Teadlased avastasid selle juba 2017. aastal ja nad kahtlustasid, et neil ilutulestikel võib olla muster. Kuid nad ei suutnud seda üksi märgata. Niisiis, nad pöördusid probleemi üle mustrite sobitamise koolituse saanud arvutiga, mis suutis märgata seda, mida nad ei suutnud: kuju, mille ilutulestik oli aja jooksul maalinud, pärast aatomi joaga plahvatust. See kuju? Tore väike kilpkonn.
Tulemused, mis avaldati 1. veebruaril ajakirjas Science, on üks esimesi suuremaid näiteid teadlastest, kes kasutavad kvantfüüsika probleemide lahendamiseks masinõpet. Teadlased kirjutasid, et inimesed peaksid arvama, et nad näevad rohkem selliseid digitaalseid abistajaid, kuna kvantfüüsikakatsed hõlmavad üha enam süsteeme, mis on liiga suured ja keerulised, et analüüsida ainuüksi ajujõudu kasutades.
Arvuti abi oli vajalik järgmiselt.
Ilutulestiku loomiseks alustasid teadlased asja olekut, mida nimetatakse Bose-Einsteini kondensaadiks. See on rühm aatomeid, mis on viidud temperatuurile nii lähedale absoluutsele nullile, et nad koonduvad kokku ja hakkavad käituma nagu üks superatoom, avaldades kvantmõjusid suhteliselt suurtes skaalades.
Iga kord, kui magnetväli kondensaati tabas, laseb käputäis aatomidüüsi sellest juhuslikult suunata. Teadlased tegid düüsidest pilte, tuues välja aatomite asukoha kosmoses. Kuid isegi paljud neist üksteise peal asetatud piltidest ei tuvastanud aatomite käitumises mingit ilmset riimi ega põhjust.
Gfycati kaudu
See, mida arvuti nägi, et inimesed ei saanud, oli see, et kui neid pilte pöörata üksteise otsa istuma, tekkis selge pilt. Keskmiselt kippusid aatomid iga plahvatuse ajal ilutulestikust eemale põgenema ühes suunas kuuest suunas. Tulemuseks oli see, et piisavalt õigesti pööratud ja kihilisi pilte näitas neli üksteise suhtes täisnurga all olevat "jalga", aga ka kahe jala vahel pikem "pea", mis sobitati ülejäänud kahe "sabaga". . Ülejäänud aatomid olid üsna ühtlaselt jaotunud kolme ringi vahel, mis moodustasid kilpkonna koore.
Inimvaatlejatele polnud see ilmne, sest suund, milles "kilpkonn" iga plahvatuse ajal oli orienteeritud, oli juhuslik. Ja iga plahvatus moodustas ainult mõned tükid kilpkonnakujulisest puslest. Roppude andmete sõelumiseks kulus arvutil lõpmatu kannatlikkus, et mõelda, kuidas kõiki pilte selliselt korraldada, et kilpkonn tekkis.
Selline meetod - arvuti mustrituvastusvõime ärakasutamine suurel, segasel andmestikul - on olnud tõhus jõupingutustes alates inimese aju läbivate mõtete tõlgendamisest kuni kaugete tähtede orbiidil tiirlevate eksoplaneetide märkamiseni. See ei tähenda, et arvutid edestaksid inimesi; inimesed peavad mustrite märkamiseks masinaid ikkagi koolitama ja arvutid ei saa nähtaval mingilgi viisil aru. Kuid lähenemisviis on teaduse tööriistakomplektis üha laialdasemalt levinud vahend, mida on nüüd rakendatud kvantfüüsikas.
Muidugi, kui arvuti selle tulemuse esitas, kontrollisid teadlased selle tööd, kasutades mõnda kvantfüüsikas juba tavalist vanamoodsat mustrijahi tehnikat. Ja kui nad teadsid, mida otsida, leidsid teadlased kilpkonna uuesti, isegi ilma arvuti abita.
Ükski neist uuringutest ei selgita veel, miks ilutulestik aja jooksul kilpkonna kuju avaldas, tõid teadlased välja. Ja see pole mingi küsimus, millele masinõpe sobib hästi vastamiseks.
"Mustri äratundmine on alati teaduse esimene samm, nii et seda tüüpi masinõpe võiks tuvastada varjatud seoseid ja tunnuseid, eriti kui proovime mõista suure hulga osakestega süsteeme," kirjeldab juhtfüüsik Cheng Chin, ütles Chicago ülikool oma avalduses.
Järgmine samm selle väljamõtlemiseks, miks need ilutulestikud kilpkonna mustrit teevad, hõlmab tõenäoliselt palju vähem masinõpet ja palju inimlikku intuitsiooni.
