Vedci sa vo svojom experimente snažili simulovať správanie elektrónov v pomerne komplikovanej mriežkovej štruktúre, pričom cieľom ich výskumu bola supravodivosť – dôležitá schopnosť materiálu viesť elektrický prúd s takmer nulovými stratami.

Ako informuje ScienceAlert, komplikované správanie elektrónov v tejto štruktúre pomohla skúmať umelá inteligencia.

Ostali len štyri rovnice

Simulovanie pohybu elektrónov v takýchto mrežových štruktúrach doteraz vyžadovalo státisíce rovníc. Ani zďaleka sa totiž nejedná o jednoduchý pohyb, ako keby sme do krabice naplnenej mrežami hodili loptičky. Elementárne častice sú chaotické a vďaka kvantovej mechanike nesú vlastnosti vĺn, nielen častíc.

Simulovať čosi také je preto extrémne komplikované.

Pomocou umelej inteligencie sa ale vedcom podarilo celý proces pre počítače zásadne zjednodušiť a premeniť viac ako 100 000 rovníc na iba 4 rovnice. Vedci vysvetľujú, že táto umelá inteligencia je v podstate zariadením, ktoré je schopné rozoznávať nenápadné a skryté vzorce a súvislosti, ktoré si človek inak tak ľahko nevšimne.

flashmovie/freepik

„Začneme s týmto obrovským objektom so spárovanými diferenciálnymi rovnicami, z ktorých každý reprezentuje pár kvantovo previazaných elektrónov. Napokon použijeme strojové učenie, aby sme to premenili na niečo, čo môžete spočítať na prstoch,“ vysvetľuje Domenico Di Sante, fyzik a autor štúdie, ktorej výsledky boli zverejnené v žurnále APS Physics.

Obrovský potenciál

Tím zodpovedný za experiment opisuje aj obrovský potenciál tohto prístupu, vďaka ktorému je možné pokoriť jeden z najväčších problémov fyziky – takzvaný „problém mnohých elektrónov“, kvôli ktorému je extrémne zložité presne opisovať systémy obsahujúce väčšie množstvá elektrónov. Tam ale možné použitia tejto metódy ani zďaleka nekončia a otvára dvere do úplne nových smerov.

anusorn_nakdee/freepik

Môže totiž pomôcť vo vylepšovaní Hubbardovho modelu, ktorý vedcom slúži na predpovedanie správania elektrónov v materiáloch v pevnom skupenstve, píše Simons Foundation. Pochopiteľne sa jedná aj o zásadný krok vpred v chápaní supravodivosti, ktorá sa stáva čoraz dôležitejšou a ľudstvo ju využíva nielen pri vedeckých experimentoch, ale aj pri skutočných praktických záležitostiach.

Cieľom výskumu je dosiahnuť stabilnú supravodivosť aj bez toho, aby muselo dôjsť k extrémnemu chladeniu vodivého materiálu. Takéto chladenie je totiž nielen energeticky náročné, ale v niektorých prípadoch aj problematické. Termojadrové reaktory, známe aj ako tokamaky, využívajú množstvo supravodičov a intenzívne chladenie spôsobuje, že je veľmi zložité vyprodukovať viac energie, než je spotrebovanej na prevádzku takéhoto reaktoru.