AI navrhuje bizarní nové experimenty s fyzikou, které skutečně fungují

„Ligo je tak obrovská věc, o které tisíce lidí přemýšlejí hluboce 40 let,“ řekl Aephraim Steinberg, odborník na kvantovou optiku na University of Toronto. „Mysleli na všechno, co by mohli mít, a na cokoli nového.“ [the AI] Přichází s demonstrací, že je to něco, co tisíce lidí nedokázaly. “

Přestože AI dosud nevedla k novým objevům ve fyzice, stává se mocným nástrojem na poli. Spolu s pomáháním vědcům při navrhování experimentů může najít netriviální vzory ve složitých datech. Například algoritmy AI získaly symetrie přírody z údajů shromážděných ve Velkém hadronu Collider ve Švýcarsku. Tyto symetrie nejsou nové – byly klíčem k Einsteinovým teoriím relativity – ale zjištění AI slouží jako důkaz principu pro to, co má přijít. Fyzici také použili AI k nalezení nové rovnice pro popis shlukování neviditelné temné hmoty vesmíru. „Lidé se mohou od těchto řešení začít učit,“ řekl Adhikari.

Kromě, ale společně

V klasické fyzice, která popisuje náš každodenní svět, mají objekty dobře definované vlastnosti, které jsou nezávislé na pokusech měřit tyto vlastnosti: kulečníková koule má například zvláštní postavení a dynamiku v daném okamžiku.

V kvantovém světě tomu tak není. Kvantový objekt je popsán matematickou entitou zvanou kvantový stav. Nejlepší může udělat použití stavu k výpočtu pravděpodobnosti, že objekt bude, řekněme, na určitém místě, když jej tam hledáte.

A co víc, dva (nebo více) kvantové objekty mohou sdílet jeden kvantový stav. Vezměte světlo, které je vyrobeno z fotonů. Tyto fotony mohou být generovány ve dvojicích, které jsou „zapleteny“, což znamená, že oba fotony sdílejí jediný, kvantový stav kloubu, i když létají od sebe. Jakmile je změřen jeden ze dvou fotonů, zdá se, že výsledek okamžitě určuje vlastnosti druhého – nyní vzdáleného – fotonu.

Po celá desetiletí fyzici předpokládali, že zapletení vyžaduje, aby kvantové objekty začaly na stejném místě. Na začátku 90. let však Anton Zeilinger, který později získal Nobelovu cenu za fyziku za studium zapletení, ukázal, že to není vždy pravda. On a jeho kolegové navrhli experiment, který začal dvěma nesouvisejícími páry zapletených fotonů. Fotony A a B byly zapleteny mezi sebou, stejně jako fotony C a D. Vědci pak vymysleli chytrý experimentální design vyrobený z krystalů, rozdělení paprsků a detektorů, které by fungovaly na fotonech B a C – jeden z fotonu z každého ze dvou zapletených párů. Prostřednictvím sekvence operací jsou fotony B a C detekovány a zničeny, ale jako produkt se partnerské částice A a D, které dříve neinteragovaly, zapletly. Tomu se nazývá výměna zapletení, což je nyní důležitým stavebním blokem kvantové technologie

To byl stav věcí v roce 2021, kdy Krennův tým začal navrhovat nové experimenty s pomocí softwaru, který dabovali Pytheus – PY pro programovací jazyk Python a Theus pro Theseus, po řeckém hrdinu, který zabil mýtický Minotaur. Tým představoval optické experimenty pomocí matematických struktur nazývaných grafy, které jsou složeny z uzlů spojených řádky nazývanými hranami. Uzly a okraje představovaly různé aspekty experimentu, jako jsou rozdělení paprsků, cesty fotonů nebo zda dva fotony interagovaly.