Para saintis membuat kejayaan dalam memahami corak pergolakan dan struktur dalam cecair

Para saintis telah membuat lonjakan yang ketara ke hadapan dalam memahami pergolakan, fenomena huru-hara yang diperhatikan dalam sistem semula jadi seperti air yang bergerak, arus lautan, aliran darah, dan juga awan ribut.

Selama lebih 200 tahun, ahli fizik telah bergelut untuk mensimulasikan dan meramalkan pergolakan dengan tepat, yang melibatkan pergerakan bendalir kompleks membentuk pusaran pusaran besar yang terurai menjadi lebih kecil.

Walau bagaimanapun, kaedah baharu yang diilhamkan oleh pengkomputeran kuantum boleh mengubahnya.

Pendekatan Quantum-Inspired untuk memahami tingkah laku bendalir yang kompleks

Dalam kajian yang diterbitkan pada 29 Januari dalam Science Advances, pasukan saintis antarabangsa melancarkan pendekatan baru untuk mensimulasikan pergolakan yang mengambil kesempatan daripada prinsip pengkomputeran kuantum.

Kejayaan ini adalah penting kerana memodelkan aliran gelora dengan tepat boleh memberi manfaat yang meluas, daripada menambah baik reka bentuk pesawat dan kereta kepada meningkatkan ramalan cuaca dan juga memajukan peranti perubatan seperti jantung buatan.

Pengarang utama kajian itu, Nik Gourianov, seorang ahli fizik di Universiti Oxford, menjelaskan bahawa sementara simulasi pergolakan tradisional bergantung pada kaedah deterministik—bermaksud, memandangkan keadaan tertentu, mereka sentiasa menghasilkan hasil yang sama—penyelidikan baharu itu memperkenalkan pendekatan kebarangkalian.

Apa yang membezakan kerja ini

Kaedah ini menyumbang kepada turun naik semula jadi dan variasi rawak dalam aliran bergelora.

Apa yang membezakan kerja ini ialah penggunaan algoritma yang diilhamkan oleh pengkomputeran kuantum.

Komputer kuantum memproses maklumat dengan cara yang berbeza daripada komputer klasik.

Walaupun komputer tradisional menggunakan bit (sama ada 0 atau 1), komputer kuantum menggunakan bit kuantum, atau qubit , yang boleh wujud dalam berbilang keadaan serentak.

Ini membolehkan para saintis mensimulasikan pergolakan dalam sebahagian kecil daripada masa yang biasanya diambil dengan superkomputer.

Pasukan penyelidik dapat menyelesaikan simulasi dalam beberapa jam yang akan mengambil masa beberapa hari menggunakan algoritma klasik.

James Beattie, seorang penyelidik pasca doktoral di Princeton University, memuji kaedah baharu itu kerana keupayaannya mengurangkan penggunaan memori dan mempercepatkan pengiraan dengan ketara.

Kemajuan ini amat penting untuk simulasi bendalir, yang boleh melibatkan pembolehubah kompleks.

Beattie menyatakan bahawa pendekatan pasukan boleh membuat simulasi sedemikian dijalankan pada perkakasan yang lebih mudah diakses, walaupun pada komputer riba.

Walaupun kemajuan ini, penulis kajian mengakui bahawa masih banyak lagi yang perlu didedahkan.

Cabaran untuk mensimulasikan pergolakan terletak pada sifat berbilang skalanya, bermakna aliran gelora boleh menjangkau julat saiz yang besar, daripada skala mikroskopik kepada fenomena kosmik yang luas.

Memodelkan skala yang berbeza-beza ini dengan tepat dalam satu simulasi kekal sebagai masalah yang sukar, memerlukan ingatan dan pengiraan yang besar.

Beattie menekankan bahawa memahami cara skala yang berbeza berinteraksi adalah penting untuk menyelesaikan teka-teki pergolakan.

Pasukan Gourianov telah membuat kemajuan yang mengagumkan, tetapi pakar bersetuju bahawa menyelesaikan masalah pergolakan masih jauh dari selesai.

Walaupun pendekatan baharu ini mengurangkan kerumitan pengiraan dengan ketara, ia tidak menangani sepenuhnya bagaimana vorteks bersaiz berbeza dalam aliran bergelora berkaitan antara satu sama lain.

Langkah seterusnya dalam penyelidikan pergolakan akan melibatkan pembangunan algoritma baharu dan sistem pengkomputeran yang boleh menangani cabaran ini dengan lebih berkesan.

Pergolakan telah lama dianggap sebagai salah satu masalah yang paling sukar difahami dalam fizik.

Walaupun berdekad-dekad penyelidikan, penyelesaian lengkap masih tidak dapat dicapai.

Walau bagaimanapun, penemuan terbaru oleh Gourianov dan pasukannya membawa kita selangkah lebih dekat untuk membongkar kerumitan pergolakan.