Rete neurale artificiale che codifica uno stato quantistico a molti corpi di N spin. Credito:(c) Scienza 10 febbraio 2017:vol. 355, Edizione 6325, pp. 602-606
(Phys.org)—Una coppia di fisici dell'ETH di Zurigo ha sviluppato un modo per utilizzare una rete neurale artificiale per caratterizzare la funzione d'onda di un sistema quantistico a molti corpi. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Scienza , Giuseppe Carleo e Matthias Troyer descrivono come hanno persuaso una rete neurale per simulare alcuni aspetti di un sistema quantistico a molti corpi. Michael Hush con l'Università del New South Wales offre un pezzo di Prospettive sul lavoro svolto dalla coppia nello stesso numero di rivista e delinea anche i problemi che altri ricercatori hanno dovuto affrontare nel tentativo di risolvere lo stesso problema.
Una delle difficili sfide che i fisici devono affrontare oggi è trovare un modo per simulare sistemi quantistici a molti corpi, cioè., mostrando tutti gli stati che esistono in un dato sistema, come un pezzo di materia. Tali sistemi si complicano rapidamente:un gruppo di appena 100 particelle quantistiche, Per esempio, potrebbe avere fino a 10 35 stati di rotazione. Anche i computer moderni più potenti vengono rapidamente sopraffatti dal tentativo di rappresentare tali sistemi. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno adottato un approccio diverso, invece di tentare di calcolare ogni possibile stato, hanno usato una rete neurale per generalizzare l'intero sistema.
La coppia ha iniziato osservando che il sistema utilizzato per sconfiggere un campione del mondo di Go lo scorso anno potrebbe essere modificato in modo da simulare un sistema a molti corpi. Hanno creato una versione semplificata dello stesso tipo di rete neurale e l'hanno programmata per simulare la funzione d'onda di un sistema multi-corpo (utilizzando una serie di pesi e un solo strato di bias nascosti). Poi hanno fatto in modo che la rete neurale capisse lo stato fondamentale di un sistema. Per vedere come funzionava il loro sistema, hanno eseguito confronti con problemi che sono già stati risolti e hanno riferito che il loro sistema era migliore di quelli che si basano su un approccio a forza bruta.
La rete neurale rileva modelli specifici nel sistema quantistico. In questo caso, la rete riconosce correttamente che gli atomi con spin opposto tendono ad accoppiarsi. Credito:ETH Zurigo / G. Carleo
Il sistema era un proof-of-concept piuttosto che un vero e proprio strumento per l'uso da parte dei fisici, ma dimostra ciò che è possibile:grandi sforzi, come note di silenzio, che comportano pregiudizi e pesi più nascosti potrebbero tradursi in uno strumento con applicazioni innovative.
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