ปะทะกับอะตอมที่มีอุณหภูมิเย็นกว่าด้วยสนามแม่เหล็กแล้วคุณจะเห็น "ดอกไม้ไฟควอนตัม" - เจ็ตส์ของอะตอมที่ยิงออกไปในทิศทางที่สุ่มชัด
นักวิจัยค้นพบสิ่งนี้ในปี 2560 และพวกเขาสงสัยว่าอาจมีลวดลายในดอกไม้ไฟเหล่านั้น แต่พวกเขาไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตัวเอง ดังนั้นพวกเขาจึงหันไปใช้คอมพิวเตอร์ที่ผ่านการฝึกอบรมเกี่ยวกับการจับคู่รูปแบบซึ่งสามารถมองเห็นสิ่งที่พวกเขาทำไม่ได้นั่นคือรูปร่างวาดด้วยดอกไม้ไฟเมื่อเวลาผ่านไป รูปร่างนั้นเหรอ? เต่าตัวน้อยขี้ขลาด
ผลลัพธ์ที่ตีพิมพ์ในรายงานวันที่ 1 กุมภาพันธ์ในวารสาร Science เป็นหนึ่งในตัวอย่างแรกที่สำคัญของนักวิทยาศาสตร์ที่ใช้การเรียนรู้ของเครื่องเพื่อแก้ปัญหาควอนตัมฟิสิกส์ นักวิจัยคาดว่าจะเห็นผู้ช่วยแบบดิจิทัลมากกว่านี้เนื่องจากการทดลองทางควอนตัม - ฟิสิกส์เกี่ยวข้องกับระบบที่มีขนาดใหญ่เกินไปและซับซ้อนเกินกว่าที่จะวิเคราะห์โดยใช้พลังสมองเพียงอย่างเดียว
นี่คือสาเหตุที่จำเป็นต้องมีความช่วยเหลือจากคอมพิวเตอร์:
ในการสร้างดอกไม้ไฟนักวิจัยเริ่มต้นด้วยสสารที่เรียกว่าคอนเดนเสทของ Bose-Einstein นั่นคือกลุ่มของอะตอมที่นำไปสู่อุณหภูมิใกล้กับศูนย์สัมบูรณ์ที่พวกมันรวมตัวกันและเริ่มทำตัวเหมือนซูเปอร์ทอมเดียวแสดงผลกระทบของควอนตัมในระดับที่ค่อนข้างใหญ่
ทุกครั้งที่มีสนามแม่เหล็กเกิดการควบแน่นไอพ่นอะตอมเจ็ตจำนวนหนึ่งจะยิงออกไปจากมันในทิศทางที่สุ่มอย่างเห็นได้ชัด นักวิจัยสร้างภาพของเครื่องบินไอพ่นเพื่อระบุตำแหน่งของอะตอมในอวกาศ แต่แม้กระทั่งภาพจำนวนมากที่วางซ้อนทับกันไม่ได้เผยให้เห็นถึงสัมผัสหรือเหตุผลที่ชัดเจนต่อพฤติกรรมของอะตอม
ผ่าน Gfycat
สิ่งที่คอมพิวเตอร์เห็นว่ามนุษย์ทำไม่ได้คือถ้าภาพเหล่านั้นหมุนไปนั่งทับกันภาพที่ชัดเจนก็ปรากฏขึ้น อะตอมโดยเฉลี่ยมีแนวโน้มที่จะพุ่งตัวออกห่างจากดอกไม้ไฟในหนึ่งในหกทิศทางที่สัมพันธ์กันในระหว่างการระเบิดแต่ละครั้ง ผลที่ได้คือภาพที่หมุนและเลเยอร์อย่างถูกต้องเปิดเผย "ขา" สี่อันที่มุมฉากซึ่งกันและกันรวมทั้ง "หัว" อีกต่อไประหว่างขาทั้งสองจับคู่กับ "หาง" ระหว่างอีกสองขา . ส่วนที่เหลือของอะตอมนั้นกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งสามวงซึ่งประกอบเป็นเปลือกของเต่า
สิ่งนี้ไม่ชัดเจนต่อผู้สังเกตการณ์ของมนุษย์เพราะทิศทางที่ "เต่า" มุ่งเน้นในระหว่างการระเบิดแต่ละครั้งนั้นเป็นแบบสุ่ม และการระเบิดแต่ละครั้งทำขึ้นเพียงไม่กี่ชิ้นของจิ๊กซอว์รูปเต่าโดยรวม ต้องใช้ความอดทนอย่างไม่มีที่สิ้นสุดของคอมพิวเตอร์ในการกลั่นกรองข้อมูลที่ยุ่งเหยิงเพื่อหาวิธีจัดเรียงภาพทั้งหมดที่เต่าโผล่ออกมา
วิธีการเช่นนี้ - การเปลี่ยนความสามารถในการจดจำรูปแบบของคอมพิวเตอร์ในชุดข้อมูลขนาดใหญ่ที่ยุ่งเหยิงนั้นมีประสิทธิภาพในความพยายามตั้งแต่การตีความความคิดที่ส่งผ่านสมองของมนุษย์ไปจนถึงการมองเห็นดาวเคราะห์นอกระบบที่โคจรรอบดาวฤกษ์ไกลโพ้น ไม่ได้หมายความว่าคอมพิวเตอร์แซงหน้ามนุษย์ ผู้คนยังต้องฝึกอบรมเครื่องจักรเพื่อสังเกตรูปแบบและคอมพิวเตอร์ก็ไม่เข้าใจความหมายที่พวกเขาเห็น แต่วิธีการนี้เป็นเครื่องมือที่แพร่หลายมากขึ้นในชุดเครื่องมือวิทยาศาสตร์ที่ได้นำไปใช้กับฟิสิกส์ควอนตัมแล้ว
แน่นอนว่าเมื่อคอมพิวเตอร์เปิดผลลัพท์นี้นักวิจัยก็ตรวจสอบงานของมันโดยใช้เทคนิคการล่าลวดลายแบบเก่า ๆ ที่ใช้กันทั่วไปในฟิสิกส์ควอนตัม และเมื่อพวกเขารู้ว่าจะมองหาอะไรนักวิจัยพบเต่าอีกครั้งแม้ว่าจะไม่มีคอมพิวเตอร์ช่วยก็ตาม
ยังไม่มีการวิจัยใดที่จะอธิบายว่าทำไมดอกไม้ไฟเมื่อเวลาผ่านไปแสดงรูปร่างของเต่านักวิจัยชี้ให้เห็น และนั่นไม่ใช่การเรียนรู้ของเครื่องคำถามที่เหมาะสมสำหรับการตอบคำถาม
"การจดจำรูปแบบเป็นขั้นตอนแรกในวิทยาศาสตร์เสมอดังนั้นการเรียนรู้ด้วยเครื่องชนิดนี้สามารถระบุความสัมพันธ์และคุณลักษณะที่ซ่อนอยู่โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเราเปลี่ยนไปพยายามทำความเข้าใจระบบที่มีอนุภาคจำนวนมาก" Cheng Chin นักฟิสิกส์จาก มหาวิทยาลัยชิคาโกกล่าวในแถลงการณ์
ขั้นตอนต่อไปในการหาสาเหตุที่ดอกไม้ไฟเหล่านั้นสร้างรูปแบบเต่าอาจเกี่ยวข้องกับการเรียนรู้ของเครื่องจักรน้อยลงและสัญชาตญาณของมนุษย์มากขึ้น
