Международная команда физиков совместно со специалистами по машинному обучению сделала прорыв в изучении квантовой физики, описав новую фазу вещества — загадочную спиновую жидкость, возникающую при охлаждении фрустрированных магнетиков почти до абсолютного нуля (-273,15°C). Исследование емонстрирует, как искусственный интеллект (ИИ) помог раскрыть свойства этой необычной фазы, которая может иметь значение для создания устойчивых квантовых компьютеров.

Фрустрированные магнетики — это материалы, в которых магнитные взаимодействия между частицами конфликтуют, препятствуя образованию упорядоченного магнитного состояния. Такие системы ведут себя как «жидкие» магниты, демонстрируя уникальные свойства, схожие с поведением квантовых частиц. Эти свойства делают их перспективными для разработки квантовых технологий, включая квантовые компьютеры, устойчивые к внешним воздействиям.

Однако изучение фрустрированных магнетиков представляет серьезные трудности. При охлаждении до экстремально низких температур в таких материалах может возникать спиновая жидкость — состояние, в котором спины частиц остаются подвижными, не «застывая» в упорядоченной структуре. Но что происходит с этой жидкостью при дальнейшем охлаждении, оставалось неясным. Как отметил профессор Ник Шэннон из Института науки и технологий Окинавы, традиционные модели «спотыкались» при попытке описать поведение системы в таких условиях.

Для преодоления этих трудностей ученые обратились к искусственному интеллекту. Используя данные компьютерных симуляций, исследователи разработали алгоритм машинного обучения, который выявил новые закономерности в поведении фрустрированных магнетиков. Эти закономерности указали на существование ранее неизвестной магнитной фазы. Чтобы подтвердить находку, ученые изменили параметры модели, «разогрев» систему в обратном направлении, и ИИ помог уточнить свойства этой фазы.

«Это была настоящая синергия человека и машины, — рассказал Людовик Жобер из Университета Бордо. — ИИ подсветил моменты, которые мы упустили, а мы, в свою очередь, интерпретировали данные, которые алгоритм выявил». Такой подход позволил не только обнаружить новую фазу, но и лучше понять, как спиновая жидкость эволюционирует при экстремальных температурах.

Открытие новой фазы вещества — квантовой спиновой жидкости — стало возможным благодаря уникальному сотрудничеству физиков и искусственного интеллекта. Это не только углубляет наше понимание фрустрированных магнетиков, но и открывает новые горизонты для квантовых технологий. Взаимодействие человека и машины, как показало исследование, может стать мощным инструментом для раскрытия тайн Вселенной, от микромира до квантовых компьютеров будущего.

Источник: Physical Review Research

Изображение: Kaori Serakaki/OIST