Sakuliet atdzesētu atomu masu ar magnētisko lauku un jūs redzēsit "kvantu uguņošanu" - atomu strūklas, kas izšauj acīmredzami nejaušos virzienos.
Pētnieki to atklāja 2017. gadā, un viņiem bija aizdomas, ka šajos uguņošanas ierīcēs varētu būt kāds modelis. Bet viņi to nespēja pamanīt paši. Viņi pārcēla problēmu uz datoru, kas apmācīts modeļa saskaņošanā, kurš spēja pamanīt to, ko nespēja: formu, ko laika gaitā uzkrāsoja uguņošana, sprādzienā pēc atomu strūklas. Tāda forma? Bailīgs mazais bruņurupucis.
Rezultāti, kas publicēti kā 1. februāra ziņojums žurnālā Science, ir vieni no pirmajiem galvenajiem piemēriem, kā zinātnieki izmanto mašīnmācību kvantu fizikas problēmu risināšanai. Pētniekiem rakstīts, ka cilvēkiem vajadzētu sagaidīt vairāk šāda veida digitālo palīglīdzekļu, jo kvantu fizikas eksperimentos arvien vairāk tiek iesaistītas sistēmas, kas ir pārāk lielas un sarežģītas, lai tās analizētu, izmantojot tikai smadzeņu enerģiju.
Tālāk ir norādīts, kāpēc bija nepieciešama datorizēta palīdzība.
Lai izveidotu uguņošanu, pētnieki sāka ar matērijas stāvokli, ko sauc par Bose-Einšteina kondensātu. Tā ir atomu grupa, kuras temperatūra ir tik tuvu absolūtai nullei, ka tā saliec kopā un sāk uzvesties kā viena superatoma, demonstrējot kvantu efektus salīdzinoši lielos mērogos.
Katru reizi, kad magnētiskais lauks skāra kondensātu, nedaudz atomu strūklu izšauj no tā acīmredzami nejaušos virzienos. Pētnieki izgatavoja strūklas attēlus, precīzi norādot atomu pozīcijas telpā. Bet pat daudz šo attēlu, kas bija uzlikti viens virs otra, neatklāja acīmredzamu atomu uzvedību vai iemeslu.
caur Gfycat
Tas, ko dators redzēja, ka cilvēki to nevarēja, bija tas, ka, ja šie attēli tika pagriezti, lai sēdētu viens otram virsū, parādījās skaidrs attēls. Katra sprādziena laikā atomiem bija tendence bēgt no uguņošanas ierīcēm vienā no sešiem virzieniem viens pret otru. Rezultāts bija tāds, ka pietiekami daudz attēlu, pareizi pagrieztu un slāņotu, atklāja četras "kājas" taisnā leņķī viens pret otru, kā arī garāku "galvu" starp divām kājām, kas bija saskaņota ar "asti" starp pārējiem diviem . Pārējie atomi bija diezgan vienmērīgi sadalīti pa trim gredzeniem, kas veidoja bruņurupuča apvalku.
Cilvēku novērotājiem tas nebija acīmredzami, jo virziens, kurā "bruņurupucis" bija orientēts katra sprādziena laikā, bija nejaušs. Un katrs sprādziens sastāvēja tikai no dažiem bruņurupuča formas mīklas gabaliem. Lai izsijātu netīros datus, bija nepieciešama datora bezgalīgā pacietība, lai izdomātu, kā visus attēlus sakārtot tā, lai parādītos bruņurupucis.
Šāda veida metode - datora modeļa atpazīšanas spēju pazaudēšana lielā, netīrā datu kopā - ir bijusi efektīva centienos, sākot no cilvēku smadzenēm domājošo domu interpretācijas līdz eksoplanētu plankumainībai, kas riņķo ap tālu zvaigznēm. Tas nenozīmē, ka datori pārspēj cilvēkus; cilvēkiem joprojām ir jāapmāca mašīnas, lai pamanītu modeļus, un datori nekādā jēgpilnā veidā nesaprot redzēto. Bet pieeja ir arvien izplatītāks līdzeklis zinātnisko instrumentu komplektā, ko tagad piemēro kvantu fizikā.
Protams, tiklīdz dators parādīja šo rezultātu, pētnieki pārbaudīja tā darbu, izmantojot dažas vecmodīgas modeļu meklēšanas metodes, kas jau ir izplatītas kvantu fizikā. Un, tiklīdz viņi zināja, ko meklēt, pētnieki atkal atrada bruņurupuci, pat bez datora palīdzības.
Neviens no šiem pētījumiem vēl nepaskaidro, kāpēc uguņošana laika gaitā uzrāda bruņurupuča formu, norādīja pētnieki. Un tas nav tas jautājums, uz kuru mašīnmācība ir labi piemērota, lai atbildētu.
"Raksta atpazīšana vienmēr ir pirmais solis zinātnē, tāpēc šāda veida mašīnmācība varētu identificēt slēptās attiecības un pazīmes, īpaši tāpēc, ka mēs pārorientējamies, lai mēģinātu izprast sistēmas ar lielu daļiņu skaitu," svina autors Čengs Čins, fiziķis Čikāgas universitāte, teikts paziņojumā.
Nākamais solis, lai noskaidrotu, kāpēc šie uguņošanas piederumi veido bruņurupuča zīmējumu, iespējams, prasīs daudz mazāk mašīnu apguves un daudz vairāk cilvēka intuīcijas.
