Исследователи из Оксфордского университета, в сотрудничестве с коллегами из Гамбурга, Питтсбурга и Корнелла, совершили прорыв в моделировании турбулентных потоков, представив новый квантово-вдохновленный вычислительный подход. Традиционные методы, полагающиеся на прямое моделирование хаотичных вихрей и завихрений, даже с использованием мощнейших суперкомпьютеров, сталкиваются с колоссальными вычислительными трудностями. Новое решение позволяет избежать этих проблем, моделируя турбулентные флуктуации не как непосредственные процессы, а как случайные величины, распределенные в соответствии с функцией вероятности.
Сердцем нового подхода являются тензорные сети, вычислительная технология, вдохновленная принципами квантовой механики. Эти сети позволяют обойти громоздкие уравнения Фоккера-Планка, традиционно используемые для описания процессов с вероятностным характером. Результатом стал значительный скачок в скорости вычислений. В то время как классические алгоритмы занимают дни на суперкомпьютерах, новый алгоритм выполняет аналогичные расчеты всего за несколько часов на одном ядре центрального процессора.
Ученые, возглавляемые доктором Никитой Гурьяновым из физического факультета Оксфордского университета, отмечают, что использование тензорных сетей позволяет получить гипер-сжатое представление вероятностных распределений. Это достигается за счет моделирования хаотичных взаимодействий вихрей в различных масштабах, позволяя извлекать такие важные характеристики потока, как подъемная сила и лобовое сопротивление, без необходимости прямого моделирования хаоса.
Ожидается, что применение специализированного оборудования, такого как тензорные процессоры и отказоустойчивые квантовые чипы, приведет к еще большему ускорению вычислений. Это открывает путь к широкому применению новой технологии в различных областях, включая прогнозирование погоды, аэродинамическое проектирование автомобилей и повышение эффективности химической промышленности.
Публикация в журнале Science Advances подчеркивает значимость работы не только для моделирования турбулентности, но и для расширения возможностей моделирования других хаотических систем, описываемых вероятностными методами. Подход на основе тензорных сетей оказался прорывным, обеспечивая возможность моделировать сложные явления, которые ранее считались практически невозможными для решения.
Успех этого исследования свидетельствует о потенциале квантово-вдохновленных вычислений для решения сложных научных и инженерных задач. Метод, предложенный группой доктора Гурьянова, не только обеспечивает значительное ускорение вычислений, но и открывает новые перспективы для изучения хаотических систем в различных областях науки и техники. Подобные прорывы могут коренным образом изменить подходы к проектированию и анализу, а также открыть новые горизонты в исследованиях фундаментальных физических явлений.
Новый метод моделирования турбулентности позволяет получать точные результаты, которые ранее были недостижимы из-за вычислительной сложности традиционных подходов. Это открывает путь к более эффективным разработкам в автомобилестроении, авиации и других областях, где аэродинамика играет ключевую роль. Возможность прогнозировать погоду с большей точностью также является крайне важным преимуществом нового метода.
Кроме того, использование квантово-вдохновленных методов открывает перспективу для более точного управления химическими реакциями и процессами, что может привести к увеличению эффективности и снижению затрат в химической промышленности. В целом, разработка квантово-вдохновленного подхода к моделированию турбулентности является значительным шагом вперед, который обещает оказать огромное влияние на науку и технологии.
В конечном счете, это исследование показывает, как квантово-вдохновленные методы могут преобразовывать сложные вычисления в доступные и эффективные процессы, открывая новые перспективы для понимания и моделирования хаотических систем, окружающих нас. Это новый шаг в направлении более точных и быстрых вычислений, который, безусловно, будет иметь долгосрочные последствия для многих областей науки и техники.
Изображение носит иллюстративный характер
Сердцем нового подхода являются тензорные сети, вычислительная технология, вдохновленная принципами квантовой механики. Эти сети позволяют обойти громоздкие уравнения Фоккера-Планка, традиционно используемые для описания процессов с вероятностным характером. Результатом стал значительный скачок в скорости вычислений. В то время как классические алгоритмы занимают дни на суперкомпьютерах, новый алгоритм выполняет аналогичные расчеты всего за несколько часов на одном ядре центрального процессора.
Ученые, возглавляемые доктором Никитой Гурьяновым из физического факультета Оксфордского университета, отмечают, что использование тензорных сетей позволяет получить гипер-сжатое представление вероятностных распределений. Это достигается за счет моделирования хаотичных взаимодействий вихрей в различных масштабах, позволяя извлекать такие важные характеристики потока, как подъемная сила и лобовое сопротивление, без необходимости прямого моделирования хаоса.
Ожидается, что применение специализированного оборудования, такого как тензорные процессоры и отказоустойчивые квантовые чипы, приведет к еще большему ускорению вычислений. Это открывает путь к широкому применению новой технологии в различных областях, включая прогнозирование погоды, аэродинамическое проектирование автомобилей и повышение эффективности химической промышленности.
Публикация в журнале Science Advances подчеркивает значимость работы не только для моделирования турбулентности, но и для расширения возможностей моделирования других хаотических систем, описываемых вероятностными методами. Подход на основе тензорных сетей оказался прорывным, обеспечивая возможность моделировать сложные явления, которые ранее считались практически невозможными для решения.
Успех этого исследования свидетельствует о потенциале квантово-вдохновленных вычислений для решения сложных научных и инженерных задач. Метод, предложенный группой доктора Гурьянова, не только обеспечивает значительное ускорение вычислений, но и открывает новые перспективы для изучения хаотических систем в различных областях науки и техники. Подобные прорывы могут коренным образом изменить подходы к проектированию и анализу, а также открыть новые горизонты в исследованиях фундаментальных физических явлений.
Новый метод моделирования турбулентности позволяет получать точные результаты, которые ранее были недостижимы из-за вычислительной сложности традиционных подходов. Это открывает путь к более эффективным разработкам в автомобилестроении, авиации и других областях, где аэродинамика играет ключевую роль. Возможность прогнозировать погоду с большей точностью также является крайне важным преимуществом нового метода.
Кроме того, использование квантово-вдохновленных методов открывает перспективу для более точного управления химическими реакциями и процессами, что может привести к увеличению эффективности и снижению затрат в химической промышленности. В целом, разработка квантово-вдохновленного подхода к моделированию турбулентности является значительным шагом вперед, который обещает оказать огромное влияние на науку и технологии.
В конечном счете, это исследование показывает, как квантово-вдохновленные методы могут преобразовывать сложные вычисления в доступные и эффективные процессы, открывая новые перспективы для понимания и моделирования хаотических систем, окружающих нас. Это новый шаг в направлении более точных и быстрых вычислений, который, безусловно, будет иметь долгосрочные последствия для многих областей науки и техники.
