Jak lód zamienia się w wodę? Zjawisko zostało zaprezentowane z nietypowej perspektywy

Naukowcy z Uniwersytetu Princeton przeprowadzili symulacje początkowych etapów formowania się lodu. Pomogła im w tym sztuczna inteligencja.
Jak lód zamienia się w wodę? Zjawisko zostało zaprezentowane z nietypowej perspektywy

W efekcie możliwe było rozwiązanie równań, które rządzą kwantowym zachowaniem poszczególnych atomów i cząsteczek. Artykuł zamieszczony w Proceedings of the National Academy of Sciences wyjaśnia też, jak z perspektywy świata kwantowego dochodzi do zamiany lodu w wodę.

Czytaj też: Ultraszybkie komputery kwantowe coraz bliżej. Wszystko dzięki rekordowej bramce

Możliwość modelowania początkowych etapów zamarzania wody może poprawić dokładność modelowania pogody i klimatu oraz innych procesów związanych na przykład z błyskawicznym zamrażaniem żywności. Naukowcy są bowiem w stanie śledzić aktywność setek tysięcy atomów w znacznie dłuższym czasie niż do tej pory. Nadal jest on liczony w ułamkach sekund, ale na potrzeby badań jest to wystarczające.

Jako że obliczenia kwantowo-mechaniczne wymagają ogromnej mocy obliczeniowej, to dopiero dzięki pojawieniu się zaawansowanych superkomputerów możliwe stało się zwiększenie liczby atomów i wydłużenie czasu trwania symulacji. Oczywiście nie od razu nastąpił przełom, ale regularny rozwój ostatecznie do niego doprowadził. Dzięki temu naukowcy mogą wytrenować sieć neuronową, aby rozpoznawała stosunkowo niewielką liczbę wybranych obliczeń kwantowych. W efekcie może ona obliczać siły między atomami, których nigdy wcześniej nie widziała i to z kwantową dokładnością.

Lód i jego zamiana w wodę została przeanalizowana na poziomie kwantowym

Korzystając z dobrodziejstw tej metody autorzy przeprowadzili symulacje do 300 000 atomów przy użyciu znacznie mniejszej mocy obliczeniowej, przez znacznie dłuższy czas niż było to wcześniej możliwe. Pomógł superkomputer Summit, jeden z najszybszych na świecie.

Czytaj też: Najnowszy superkomputer ujawnił przepiękny obraz z kosmosu! Wiemy już, jak wygląda

Fakt, że badamy bardzo złożone zjawiska w oparciu o podstawowe prawa natury, jest dla mnie bardzo ekscytujący. […] Zaczynamy od równania, które opisuje, jak zachowują się elektrony. Elektrony określają, jak atomy oddziałują, jak tworzą wiązania chemiczne i praktycznie całą chemię. Pablo Piaggi, główny autor badań