الرياضيات تحلّ معضلة كمّية عمرها عقود بمساعدة "مخططات فاينمان"
حقق علماء من معهد كاليفورنيا للتقنية (كالتك) اختراقًا علميًا كبيرًا في مجال فيزياء الكم، بعدما تمكنوا من حل واحدة من أعقد المشكلات النظرية المرتبطة بـ"مخططات فاينمان"، وهي رسومات تبسيطية صُممت لفهم تفاعلات الجسيمات دون الذرية.
هذه المخططات التي ابتكرها الفيزيائي الشهير ريتشارد فاينمان تُستخدم لتصوير تفاعلات مثل حركة الإلكترونات والفوتونات أو اهتزازات الذرات. لكن مع ازدياد تعقيد هذه التفاعلات، يصبح عدد المخططات الحسابية المطلوب تحليلها ضخما إلى حد يجعل حل المسألة شبه مستحيل.
- خوارزمية مونت كارلو.. حل ذكي لمعضلة الكم
الفريق البحثي بقيادة البروفيسور ماركو برناردي من قسم الفيزياء التطبيقية بـ"كالتك"، ابتكر خوارزمية جديدة تعتمد على ما يسمى طريقة مونت كارلو التخطيطية، وهي تقنية إحصائية تستخدم التوليد العشوائي الذكي لعينات من مخططات فاينمان، بهدف الحصول على نتائج دقيقة دون الحاجة لحساب كل الاحتمالات الممكنة.
تمكّنت هذه الطريقة من حل مشكلة "البولارون" الكمومية بدقة، وهي ظاهرة تحدث عندما يتسبب إلكترون في تشويه الشبكة البلورية المحيطة به داخل مادة صلبة، مما يؤثر على سلوك المواد الكهربائية مثل أشباه الموصلات والموصلات الفائقة.
ويقول برناردي "تخيل محاولة التنبؤ بسلوك سوق الأسهم غدًا بناءً على تفاعل كل متداول، هذا أشبه بمحاولة تتبع كل تفاعل كمي في نظام معقّد — وهو أمر مستحيل من دون أدوات رياضية ذكية."
- تطبيقات رائدة.. من الموصلات الفائقة إلى الحوسبة الكمومية
الخوارزمية الجديدة اختُبرت على مواد حقيقية مثل فلوريد الليثيوم وثاني أكسيد التيتانيوم، حيث تم حساب خصائص الإلكترونات والاهتزازات بدقة غير مسبوقة، دون الحاجة إلى بيانات تجريبية.
ووفق الدراسة المنشورة في دورية Nature Physics، يمكن لهذه التقنية أن تحدث نقلة نوعية في فهم المواد الكمومية، وتسهم في تطوير مواد جديدة للأجهزة الإلكترونية، كما تفتح آفاقًا واسعة في تطوير حاسبات كمومية أكثر كفاءة، وفهم تفاعلات الضوء مع المادة على المستوى الأساسي.
ورغم التحديات التقنية المرتبطة بهذه الطريقة — مثل موازنة الدقة مع زمن الحساب، والحاجة لمولدات عشوائية عالية الجودة — فإن الإنجاز يُعد علامة فارقة في طريق تبسيط تعقيدات العالم الكمومي باستخدام أدوات رياضية ذكية.
"الجزيرة نت"
"Nature Physics"
هاشتاغز
جرب ميزات الذكاء الاصطناعي لدينا
اكتشف ما يمكن أن يفعله Daily8 AI من أجلك:
التعليقات
لا يوجد تعليقات بعد...
أخبار ذات صلة
خبرني
منذ يوم واحد
- خبرني
شبكات الحوسبة الفوتونية: معالجة البيانات القائمة على الضوء تغير مراكز البيانات
التطورات الحديثة في تقنيات الحوسبة الفوتونية تمثل نقلة حقيقية في عالم معالجة البيانات. هذه التقنيات المبتكرة تستخدم جسيمات الضوء بدلاً من الإلكترونات التقليدية، مما يحقق سرعات معالجة تفوق الأنظمة الحالية بمراحل. المنصات المتخصصة مثل 1 xbet عمان تراقب عن كثب هذه التطورات التقنية وتأثيراتها على قطاعات متعددة، بما في ذلك أسواق التقنيات المتقدمة. البحوث العلمية تشير إلى أن الحوسبة الفوتونية قادرة على تحقيق سرعات تصل إلى 100 تيرابايت في الثانية الواحدة. هذا الرقم يفوق قدرات الأنظمة الإلكترونية التقليدية بأكثر من ألف مرة، مما يفتح آفاقاً جديدة كليّاً في مجال معالجة البيانات الضخمة. التقنيات الأساسية والتطبيقات العملية الأبحاث الحديثة في مجال الحوسبة الفوتونية ومراكز البيانات تكشف عن إمكانيات هائلة لتحسين كفاءة الطاقة. الاختبارات المخبرية أظهرت انخفاضاً في استهلاك الطاقة بنسبة تصل إلى 90% مقارنة بالأنظمة الإلكترونية التقليدية. المكونات الرئيسية للأنظمة الفوتونية الحديثة: معالجات ضوئية متقدمة تستخدم الليزر للحوسبة المباشرة شبكات توصيل فوتونية بسرعات تفوق الألياف البصرية التقليدية أنظمة تبريد مبسطة نتيجة انخفاض توليد الحرارة واجهات تحويل بين الإشارات الضوئية والإلكترونية برمجيات متخصصة لإدارة العمليات الفوتونية المعقدة التجارب العملية في المختبرات المتقدمة تشير إلى قدرة هذه الأنظمة على معالجة العمليات الحسابية المعقدة في أجزاء من الثانية. شركة IBM حققت نتائج مبهرة في اختباراتها الأولية، حيث نجحت في تشغيل خوارزميات الذكاء الاصطناعي بسرعة تفوق التوقعات. Google وMicrosoft استثمرتا مليارات الدولارات في تطوير مراكز بيانات فوتونية تجريبية. النتائج الأولية تظهر تحسناً كبيراً في أداء الخدمات السحابية وخفضاً ملحوظاً في التكاليف التشغيلية. أسواق كفاءة الحوسبة الفوتونية والمراهنات المتخصصة ظهرت مؤخراً "أسواق كفاءة الحوسبة الفوتونية" كمجال جديد للاستثمار والتحليل التقني. هذه الأسواق تركز على قياس تحسينات الأداء في مراكز البيانات الفوتونية ومقارنة النتائج بين الأنظمة المختلفة. المتخصصون في تقنيات مراكز البيانات يراقبون مؤشرات محددة مثل معدلات توفير الطاقة وسرعات المعالجة. البيانات تشير إلى أن متوسط التحسن في الكفاءة يتراوح بين 70-85% عند التحول من الأنظمة الإلكترونية إلى الفوتونية. الاختبارات المقارنة بين التقنيتين تكشف عن فروق جوهرية في الأداء. مراكز البيانات التي تستخدم المعالجات الفوتونية تحقق انخفاضاً في زمن الاستجابة بنسبة 60%، مع تحسن في معدل المعالجة المتوازية بنسبة تصل إلى 200%. الإحصائيات من المراكز التجريبية تظهر أن تكلفة التشغيل تنخفض بمعدل 45% سنوياً بعد التحول للتقنيات الفوتونية. هذا التوفير ينعكس على تحسن الربحية وقدرة المراكز على تقديم خدمات أكثر تنافسية. المراكز البحثية تطور مقاييس جديدة لتقييم "الكفاءة الفوتونية" تتضمن معدل استهلاك الطاقة لكل عملية حسابية، وسرعة نقل البيانات، ومعدل الأخطاء في المعالجة. هذه المقاييس تساعد في تحديد الأنظمة الأكثر فعالية. شركات التقنية الكبرى تستثمر في تطوير معايير موحدة لقياس أداء الأنظمة الفوتونية. هذه المعايير ستسهل عمليات المقارنة والتقييم، مما يساعد الشركات على اتخاذ قرارات استثمارية مدروسة. التطورات المستقبلية والتحديات التقنية التحديات الحالية في تطوير الحوسبة الفوتونية تتركز حول تكامل الأنظمة مع البرمجيات الموجودة. المطورون يعملون على إنشاء طبقات وسطية تسمح بالانتقال التدريجي من الأنظمة الإلكترونية. التكلفة الأولية للتطوير تمثل عائقاً أمام الانتشار الواسع، لكن التوقعات تشير إلى انخفاض كبير في الأسعار خلال السنوات القادمة. الإنتاج الكمّي للمكونات الفوتونية سيقلل التكاليف بنسبة تصل إلى 70%. معاهد البحث تعمل على تطوير معالجات فوتونية قادرة على التعامل مع البرمجيات التقليدية دون تعديلات كبيرة. هذا التطوير سيسرّع عملية اعتماد التقنية في المؤسسات الكبرى. النماذج الأولية للجيل القادم من المعالجات الفوتونية تظهر قدرات مذهلة في معالجة الخوارزميات الكمية. الاختبارات الأولية تشير إلى إمكانية دمج الحوسبة الكمية مع التقنيات الفوتونية لتحقيق قفزات نوعية في الأداء. الخبراء يتوقعون أن تصبح مراكز البيانات الفوتونية هي المعيار خلال العقد القادم. الاستثمارات الضخمة من الشركات التقنية العملاقة تدعم هذا التوجه وتسرع وتيرة التطوير. الأثر البيئي الإيجابي للحوسبة الفوتونية يجعلها خياراً مفضلاً للشركات الملتزمة بمعايير الاستدامة. انخفاض استهلاك الطاقة بهذا المعدل سيساهم بشكل كبير في تقليل البصمة الكربونية لقطاع التقنية. التطبيقات المستقبلية تشمل الذكاء الاصطناعي المتقدم، والمحاكاة العلمية المعقدة، ومعالجة البيانات الفلكية. هذه التطبيقات ستستفيد بشكل كبير من السرعات الهائلة التي توفرها التقنيات الفوتونية.
الدستور
منذ 6 أيام
- الدستور
الرياضيات تحلّ معضلة كمّية عمرها عقود بمساعدة "مخططات فاينمان"
وكالات حقق علماء من معهد كاليفورنيا للتقنية (كالتك) اختراقًا علميًا كبيرًا في مجال فيزياء الكم، بعدما تمكنوا من حل واحدة من أعقد المشكلات النظرية المرتبطة بـ"مخططات فاينمان"، وهي رسومات تبسيطية صُممت لفهم تفاعلات الجسيمات دون الذرية. هذه المخططات التي ابتكرها الفيزيائي الشهير ريتشارد فاينمان تُستخدم لتصوير تفاعلات مثل حركة الإلكترونات والفوتونات أو اهتزازات الذرات. لكن مع ازدياد تعقيد هذه التفاعلات، يصبح عدد المخططات الحسابية المطلوب تحليلها ضخما إلى حد يجعل حل المسألة شبه مستحيل. - خوارزمية مونت كارلو.. حل ذكي لمعضلة الكم الفريق البحثي بقيادة البروفيسور ماركو برناردي من قسم الفيزياء التطبيقية بـ"كالتك"، ابتكر خوارزمية جديدة تعتمد على ما يسمى طريقة مونت كارلو التخطيطية، وهي تقنية إحصائية تستخدم التوليد العشوائي الذكي لعينات من مخططات فاينمان، بهدف الحصول على نتائج دقيقة دون الحاجة لحساب كل الاحتمالات الممكنة. تمكّنت هذه الطريقة من حل مشكلة "البولارون" الكمومية بدقة، وهي ظاهرة تحدث عندما يتسبب إلكترون في تشويه الشبكة البلورية المحيطة به داخل مادة صلبة، مما يؤثر على سلوك المواد الكهربائية مثل أشباه الموصلات والموصلات الفائقة. ويقول برناردي "تخيل محاولة التنبؤ بسلوك سوق الأسهم غدًا بناءً على تفاعل كل متداول، هذا أشبه بمحاولة تتبع كل تفاعل كمي في نظام معقّد — وهو أمر مستحيل من دون أدوات رياضية ذكية." - تطبيقات رائدة.. من الموصلات الفائقة إلى الحوسبة الكمومية الخوارزمية الجديدة اختُبرت على مواد حقيقية مثل فلوريد الليثيوم وثاني أكسيد التيتانيوم، حيث تم حساب خصائص الإلكترونات والاهتزازات بدقة غير مسبوقة، دون الحاجة إلى بيانات تجريبية. ووفق الدراسة المنشورة في دورية Nature Physics، يمكن لهذه التقنية أن تحدث نقلة نوعية في فهم المواد الكمومية، وتسهم في تطوير مواد جديدة للأجهزة الإلكترونية، كما تفتح آفاقًا واسعة في تطوير حاسبات كمومية أكثر كفاءة، وفهم تفاعلات الضوء مع المادة على المستوى الأساسي. ورغم التحديات التقنية المرتبطة بهذه الطريقة — مثل موازنة الدقة مع زمن الحساب، والحاجة لمولدات عشوائية عالية الجودة — فإن الإنجاز يُعد علامة فارقة في طريق تبسيط تعقيدات العالم الكمومي باستخدام أدوات رياضية ذكية. "الجزيرة نت" "Nature Physics"
جفرا نيوز
منذ 6 أيام
- جفرا نيوز
"ناسا" تلقي نظرة على ماضي القمر!
جفرا نيوز - القمر جسم فضائي جاف وخال من الهواء، كما أنه يخلو من الغلاف الجوي، لذا يظل وجود الماء على سطحه لغزا حقيقيا للعلماء. وكان الخبراء يشيرون على مدى عقود إلى مصادر نشوء الماء على القمر، مثل التصادمات مع نيازك دقيقة، ومخزونات جوفية مخفية في الفوهات القديمة، والمذنبات الجليدية، لكن كل ذلك مجرد نظريات من دون تأكيد حقيقي. وقد قلب بحثٌ جديد أجراه خبراء في "ناسا" الأمور رأسًا على عقب، وذلك بعد أن ابتكر موظفو مختبر مركز "غودارد" للطيران الفضائي، تحت إشراف الباحث لي شيا ييو، نموذجا أكثر واقعية حتى الآن لتأثير الرياح الشمسية على القمر. واستخدمت التجربة عينات من الغبار القمري جمعتها مهمة "أبولو 17" التابعة لناسا عام 1972، بالإضافة إلى تصميم غرفة فريدة تضم حزمة من الجسيمات الشمسية والفراغ، لمحاكاة البيئة القاسية الخالية من الهواء على سطح القمر. وتطلّب الأمر محاولات عديدة لتصميم جميع مكونات الجهاز ووضعها داخل الغرفة. وبمجرد إزالة جميع مصادر التلوث المحتملة، اقتنع العلماء بصحة النظرية، التي لا يتجاوز عمرها عقدا من الزمان، حول تأثير الرياح الشمسية. وفي المنظومة التي طوّرها العلماء، تمّت إزالة الرطوبة عن طريق التسخين، كما خضعت التربة لتأثير الرياح الشمسية باستخدام مسرّع جسيمات، وذلك لمحاكاة مرور 80 ألف عام على القمر خلال بضعة أيام فقط. واتضح أن بروتونات الرياح الشمسية، عند اصطدامها بسطح القمر، تندمج بسهولة مع الإلكترونات في الريغوليث القمري (الصخور القمرية)، مُشكّلةً ذرات من الهيدروجين. وتتحد هذه الذرات لاحقا مع الأكسجين الموجود في المعادن، لتتحول إلى ماء. ولتأكيد نتائج التجربة، استخدم العلماء مطيافا، وسجّلوا كيف تغيّر التركيب الكيميائي للغبار القمري مع مرور الوقت. وتمكنوا من ملاحظة انخفاض في امتصاص الضوء الأحمر بمقدار يقارب 3 ميكرونات، مما يُشير إلى وجود سائل. وعلى الرغم من أن الفريق لم يعثر على آثار للماء النقي، فإن البيانات التي تم الحصول عليها تُظهر بوضوح تكوّن جزيئات الهيدروكسيل، وكذلك جزيئات الماء. ومع ذلك، قام علماء من أكاديمية العلوم الصينية بتحليل عينات من تربة القمر، جمعتها المهمة الصينية "تشانغ آه-6"، وطرحوا نظرية جديدة حول أصل القمر.
