خَبَرَيْن logo

ثورة في فهم الاضطراب باستخدام الحوسبة الكمية

حقق العلماء تقدمًا في فهم الاضطراب باستخدام نهج مستوحى من الحوسبة الكمية، مما يسهل نمذجة التدفقات المضطربة بدقة. هذا الابتكار يعد بإمكانيات كبيرة في تحسين تصميم الطائرات والتنبؤ بالطقس. اكتشف المزيد على خَبَرَيْن.

تظهر الصورة تفاصيل سحب ملونة معقدة على كوكب المشتري، مما يعكس أنماط الاضطراب في الغلاف الجوي.
البقعة الحمراء على كوكب المشتري، وهي نظام عاصف ضخم، تمثل مثالًا على التدفق المضطرب. مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا
التصنيف:علوم
شارك الخبر:
FacebookTwitterLinkedInEmail

تقدم العلماء في معالجة الاضطراب الفيزيائي

لقد حقق العلماء قفزة إلى الأمام في فهم نمط وبنية الاضطراب - وهي ظاهرة طبيعية لوحظت في السوائل مثل المياه المتحركة، وتيارات المحيطات، والتفاعلات الكيميائية، وتدفق الدم، وسحب العواصف، وأعمدة الدخان، وحتى بلازما النجوم.

وعلى الرغم من أن السريان المضطرب فوضوي وغير منتظم، حيث تتسبب حركة المائع في تشكل دوامات أكبر حجماً ثم تتفكك إلى دوامات أصغر، حاول الفيزيائيون منذ فترة طويلة دراسة ونمذجة العملية باستخدام المعادلات الرياضية والحواسيب. لكن، حتى مع وجود الحواسيب العملاقة الحديثة، لا تزال المحاكاة المباشرة والدقيقة لجميع التدفقات المضطربة باستثناء أبسطها لاتزال بعيدة المنال، وقد استعصى الفهم الكامل للاضطراب على الباحثين لحوالي 200 عام.

النهج الجديد لمحاكاة الاضطراب

والآن، ابتكر فريق دولي من العلماء نهجًا جديدًا لمحاكاة الاضطراب يستخدم طريقة مستوحاة من الحوسبة الكمية، كما هو موضح في دراسة نُشرت في 29 يناير في مجلة Science Advances.

شاهد ايضاً: تكشف الصور الجديدة عن وشوم معقدة على "مومياء الثلج" السيبيرية التي تعود إلى 2000 عام

قال المؤلف الرئيسي للدراسة نيك غوريانوف، الباحث في قسم الفيزياء في جامعة أكسفورد، إن القدرة على نمذجة هذه الظاهرة والتنبؤ بها بدقة يمكن أن يكون لها العديد من التطبيقات العملية في العلوم والهندسة، مما قد يحسن تصميم الطائرات والسيارات والمراوح والقلوب الاصطناعية ويجعل التنبؤ بالطقس أكثر دقة.

"كان الاضطراب ولا يزال مشكلة غير محلولة بمعنى أننا لا نستطيع محاكاة التدفقات الواقعية على أجهزة الكمبيوتر، أي أننا لا نزال بحاجة إلى نفق الرياح لتصميم جناح طائرة. لكن التقدم مثل الذي حققناه "يزيح" المشكلة ويدفع الحدود إلى الأمام".

استراتيجية النمذجة الاحتمالية

وأوضح غوريانوف أن معظم المقاربات السابقة لمحاكاة الاضطراب اعتمدت على استراتيجية حتمية، والتي تنتج دائماً نفس النتائج مع مجموعة محددة من الشروط الأولية. وبدلاً من ذلك، قام البحث الجديد بنمذجة التقلبات في الاضطراب بشكل احتمالي، وهو نهج يأخذ بعين الاعتبار التباين العشوائي.

شاهد ايضاً: في أول اكتشاف مذهل، اكتشف العلماء أن الحيتان القاتلة تستخدم أدوات للعناية ببعضها البعض

قام الفريق بتطبيق خوارزمية مستوحاة من الحوسبة الكمية على التدفقات المضطربة، مما سمح لهم بحساب ما قد يستغرق عدة أيام على خوارزمية كلاسيكية للقيام به على حاسوب عملاق كامل في بضع ساعات.

استخدام الحوسبة الكمية

تعالج الحواسيب الكمية المعلومات بطريقة مختلفة جذرياً عن الحواسيب الكلاسيكية. فالحواسيب التقليدية تقوم بالحسابات باستخدام البتات: أي البيانات الموجودة في حالة واحدة في كل مرة، واحد أو صفر. أما الحواسيب الكمومية فتستخدم البتات الكمية (أو "Qbits)، والتي يمكن أن تكون أصفاراً أو آحاداً أو أي مزيج من الاثنين معاً. استخدم معدو الدراسة أداة رياضية تسمى شبكات التينسور يمكن استخدامها لمحاكاة نظام كمومي.

وقال جيمس بيتي، وهو باحث مشارك في مرحلة ما بعد الدكتوراه وزميل في قسم علوم الفيزياء الفلكية في جامعة برينستون في نيوجيرسي، إنه من خلال تمثيل البيانات ذات المتغيرات الكثيرة بطريقة أبسط، تمكن الفريق من تسريع العمليات الحسابية المعقدة اللازمة للبدء في فهم الاضطراب. لم يشارك بيتي في البحث.

تسريع العمليات الحسابية

شاهد ايضاً: قد تكون هناك شواطئ على شكل "عطلة" في المريخ القديم

"إن المحاكاة التي يقومون بتشغيلها هي محاكاة مائع لمادتين كيميائيتين مختلفتين تختلطان وتتفاعلان. وباستخدام هذا التمثيل، فهذا يعني أن هذه الحسابات المعقدة نوعاً ما يمكن أن تستخدم ذاكرة أقل بكثير، مما يسمح بتشغيلها على جهاز كمبيوتر محمول."

التحديات المستمرة في فهم الاضطراب

وأضاف قائلاً: "إن رؤية تقدم كهذا (استخدام أفضل للذاكرة بمليون مرة وتسريع العمليات الحسابية بألف مرة) أمر نادر الحدوث، مما يجعل هذا التقدم مثيراً في نمذجة الاضطرابات".

وأضاف بيتي أنه على الرغم من أن الدراسة الأخيرة تعد "تقدماً مذهلاً"، إلا أنها ليست القصة الكاملة، مشيراً إلى أنها لا تعالج قضايا الحجم، أو كيفية ارتباط الدوامات المضطربة ذات الأحجام المختلفة ببعضها البعض.

شاهد ايضاً: عُلماء الحفريات يكتشفون جمجمة شبه كاملة لآكلة لحوم قمة عمرها 30 مليون سنة في مصر

وقال عبر البريد الإلكتروني: "الاضطراب، كما يقول المؤلفون، هو مشكلة متعددة النطاقات، أي أن الاضطراب يمكن أن يمتد من آلاف السنين الضوئية إلى أقل من قدم". "نريد أن نعرف كيف تتحدث هذه المقاييس مع بعضها البعض."

قال بيتي: "هذا هو الجانب الذي يجعل محاكاة الموائع المضطربة صعبة للغاية - فنحن نريد حل العديد من المقاييس في المحاكاة، والتي تستهلك الكثير من الذاكرة والحساب، مما يعني وضع هذه المحاكاة على أجهزة كمبيوتر عملاقة كبيرة."

قال يونغشيانغ هوانغ، الباحث والأستاذ المشارك في مختبر الدولة الرئيسي لعلوم البيئة البحرية وكلية علوم المحيطات والأرض في جامعة شيامن في جنوب شرق الصين، إن البحث الجديد "مثير للإعجاب للغاية".

شاهد ايضاً: تتراقص السلاحف البحرية في المجالات المغناطيسية المرتبطة بالغذاء، وفقًا لدراسة جديدة

قال هوانغ، الذي لم يشارك في الدراسة، إن غوريانوف وفريقه توصلوا إلى طريقة جديدة تقلل بشكل كبير من استخدام الذاكرة والتعقيد الحسابي. ومع ذلك، فقد وافق على أنها لم ترسم صورة كاملة، والتي قال إنها كانت صعبة للغاية بسبب النطاق الواسع من المقاييس المعنية.

وقد وُصفت الاضطرابات بأنها أقدم مشكلة لم تُحل في الفيزياء. يُزعم أن عالم الفيزياء النظرية الألماني فيرنر هايزنبرغ قال وهو على فراش الموت، "أنه يريد معرفة سؤالين: لماذا النسبية؟ ولماذا الاضطراب؟".

قال غوريانوف إن الميزة الحسابية للتقنية الجديدة التي كشفت عنها الدراسة تفتح مجالات جديدة لم يكن من الممكن الوصول إليها من قبل في فيزياء الاضطراب للتحقيق العلمي، على الرغم من أن النتائج لا تعني حقاً أن لغز الاضطراب قد تم كشفه. وقال إن ذلك يتطلب خوارزميات أو أجهزة حوسبة جديدة بشكل كبير مقارنة بما هو متاح الآن.

شاهد ايضاً: نقل آباء الضفادع المعرضة للخطر لمسافة 7000 ميل لـ "إنجاب" صغارهم

وقال غوريانوف: "لقد بحث العديد من العلماء (الموهوبين والمتفوقين بشكل استثنائي) في هذه المشكلة، ومع ذلك لم نقترب حتى الآن من حلها".

أخبار ذات صلة

Loading...
قمر مكتمل كبير يضيء السماء فوق قرية جبلية، مع ألوان دافئة في الخلفية، يشير إلى قمر ديسمبر المعروف بالقمر البارد.

سيصل قمر ديسمبر المكتمل إلى ذروته في الإضاءة قريبًا. إليكم ما يجب معرفته

استعدوا لمشاهدة القمر البارد هذا الأسبوع، حيث سيضيء سماء الشتاء لمدة تفوق 16 ساعة! انطلقوا في مغامرة سماوية واكتشفوا أسرار هذا الجرم السماوي الفريد. تابعوا القراءة لتتعرفوا على أفضل الأوقات لرصد القمر وكيفية الاستمتاع بهذه الظاهرة المدهشة.
علوم
Loading...
دون جوهانسون يتفحص بقايا هيكل لوسي العظمي في متحف بإثيوبيا، بينما يراقبه جمهور من الحاضرين.

لوسي في الخمسين: كيف تم اكتشاف أشهر أحفورة في العالم

اكتشاف لوسي، الهيكل العظمي الذي غير مسار فهمنا للتطور البشري، لا يزال يثير الفضول بعد 50 عامًا. من المشي المنتصب إلى الصفات الفريدة، تمثل لوسي حلقة وصل بين البشر وأجدادهم. انطلق في رحلة استكشاف أصول الإنسان واكتشف المزيد عن هذه الأيقونة العلمية.
علوم
Loading...
موقع تنقيب في جزيرة فلوريس الإندونيسية، حيث يجري الباحثون حفريات لاكتشاف بقايا الهومو فلوريسينسيس.

من أين جاء البشر الصغار "الهوبيت"؟ الحفريات الجديدة تسلط الضوء

اكتشافات مثيرة تعيد تشكيل فهمنا لتاريخ البشر! من الهومو فلوريسينسيس، الذي عاش قبل 60,000 عام، إلى تقنيات المصريين القدماء في بناء الأهرامات، تكشف الأبحاث الحديثة عن أسرار مذهلة. انضم إلينا لاستكشاف هذه الحقائق الغامضة!
علوم
Loading...
أفاعٍ مجلجلة تتجمع في مأوى طبيعي بين الصخور والنباتات، تُظهر سلوكياتها الطبيعية استعدادًا للولادة.

الآن يمكنك مشاهدة مئات من الثعابين المجلجلة في "مأواها" بأمان عبر جهاز الكمبيوتر الخاص بك

استعد لمشاهدة الأفاعي المجلجلة في بيئتها الطبيعية عبر البث المباشر من "الوكر الضخم" في كولورادو! انضم إلى الباحثين من جامعة ولاية كاليفورنيا بوليتكنيك واكتشف سلوكيات هذه الكائنات الفريدة. لا تفوت فرصة رؤية الأحداث النادرة، تابع البث الآن!
علوم
الرئيسيةأخبارسياسةأعمالرياضةالعالمتكنولوجيااقتصادصحةتسلية