физика

Генеративный физический движок с физикой жидкостей и мягких тел

Гайд по установке.

Физический движок Genesis разработан на чистом Python и в 10–80 раз быстрее существующих стеков с графическим ускорением, таких как Isaac Gym и MJX. Он обеспечивает скорость моделирования примерно в 430 000 быстрее, чем в режиме реального времени, и занимает всего 26 секунд для обучения политике передвижения робота, которую можно перенести в реальный мир на одном RTX4090.

Тред в твиттере от одного из создателей.

Феномен цепного фонтана (Эффект Моулда) - когда первая бусинка выскакиевает из стакана и устремляется вниз, то угол между первой и следующей за ней бусинкой меняется и они соприкасаются. Таким образом первая бусинка начинает давить на следующую за ней бусинки и передает ей импульс вверх. Тоже самое происходит между второй и третьей бусинкой и т.д.

Физики экспериментально подтвердили существование нового типа сверхпроводимости

Международная коллаборация физиков под руководством ученых из Йельского университета в США представила самые убедительные на сегодня подтверждения существования нового типа сверхпроводящих материалов. Доказательство существования нематической фазы вещества — научный прорыв, открывающий путь к созданию сверхпроводимости совершенно новым способом.

Физик Eduardo H. da Silva Neto, в ультра-тихом, изолированном от вибраций помещении в Йеле

В теории сверхпроводимости есть раздел, описывающий, как протекание электрического тока без сопротивления можно объяснить электронной нематичностью — фазовым состоянием вещества, при котором частицы нарушают свою вращательную симметрию.

Химические соединения, теоретически способные обеспечивать существование нематической фазы, при комнатной температуре для электрона в атомах горизонтальные и вертикальные направления потенциального движения неразличимы по свойствам. Однако при более низких температурах электроны могут перейти в «нематическую» фазу. В ней одно из направлений становится для частиц предпочтительным. Иногда электроны могут начать колебаться, отдавая предпочтение то одному, то другому направлению. Это явление называется нематическими флуктуациями.

Десятилетиями физики безуспешно пытались доказать существование сверхпроводимости, вызванной нематическими флуктуациями, и наконец-то им удалось подтвердить существование нужной фазы вещества в смеси селенидов железа и серы.

«Это идеальные материалы для нашего исследования, поскольку они демонстрируют нематический порядок и сверхпроводимость без магнетизма, который затрудняет их изучение», — отметил Эдуардо Х. да Силва Нето (Eduardo H. da Silva Neto), руководитель проекта.

Ученые охладили экспериментальные образцы до температуры менее 500 милликельвин. В таких условиях все движения и колебания атомов практически прекращаются. Для наблюдения за материалом авторы статьи использовали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), который позволяет получать изображения квантовых состояний электронов.

Фазовая диаграмма FeSe_1−xS_x, и кристаллическая и электронная структура сверхпроводящего соединения FeSe_0.81S_0.19

Исследователи сосредоточились на образцах с максимальными нематическими флуктуациями, чтобы обнаружить «энергетическую щель» — показатель наличия и силы сверхпроводимости. Результаты эксперимента показали существование нужного разрыва. Он точно соответствовал теоретическим параметрам сверхпроводимости, вызванной электронной нематичностью.

«Доказать существование разрыва было очень трудно, потому что для точного измерения разрыва требуются сложные СТМ-измерения при очень низких температурах. Следующий шаг — изучить этот процесс еще внимательнее. Что произойдет со сверхпроводимостью при увеличении содержания серы? Исчезнет ли она? Вернутся ли спиновые флуктуации?» — очертил перспективы да Силва Нето.

Теперь ученые могут не фокусироваться на магнитных параметрах сверхпроводимости, как это было принято ранее. Одно из направлений будущих исследований — управление нематическими флуктуациями, что потенциально может привести к созданию сверхпроводников, работающих при более высоких температурах.

Статья спизжена отсюда

Физики проследили фазовый переход магии в квантовой системе

То, насколько классический компьютер сможет воссоздать определенное квантовое состояние, описывается свойством под названием «магия». Ученые из США выяснили, существует ли резкий переход между состоянием «можем обойтись обычным компьютером» и «подойдет только квантовый».

Квантовый компьютер, на котором проводились эксперименты

Стабилизаторные состояния — класс квантовых состояний, поддающийся эффективному моделированию на классических компьютерах. Свойство «магии» в квантовой механике — характеристика квантовых состояний, описывающая степень их отклонения от стабилизаторных состояний.

Магия делает квантовые состояния трудными для моделирования, но в то же время необходима для реализации универсальных и устойчивых к ошибкам квантовых вычислений. Понимание отвечающих за это свойств механизмов значительно улучшит характеристики квантовых компьютеров.

Авторы нового исследования ранее опубликовали статью, в которой показали существование фазового перехода в запутанности системы. Они выявили, что в зависимости от частоты измерений фазовое состояние квантовой системы может сохранять или разрушать запутанность.

«Суперпозиции и запутанности оказывается недостаточно, чтобы сделать квантовые компьютеры более мощными, чем классические. Чтобы достичь преимущества, необходим еще один компонент — магия, или отклонение от стабилизаторного состояния. Если в квантовой системе нет магии, ее можно смоделировать на классическом компьютере, но это делает квантовый компьютер избыточным. Лишь при наличии значительного количества магии можно превзойти возможности классического компьютера», — объяснил Прадип Нироула (Pradeep Niroula), первый автор новой научной работы.

Квантовый вентиль, родственник логического вентиля в классических компьютерах, воздействует на кубиты и стремится создавать запутанность между ними, тогда как измерение одного из этих кубитов разрушает ее. Если добавить в квантовую схему несколько вентилей, можно проводить измерения в случайных местах и контролировать распределение запутанности в системе.

Ученые знают, что при малом количестве измерений вся квантовая система оказывается запутанной. Напротив, при слишком частых измерениях запутанность подавляется. Если же постепенно увеличивать частоту измерений, запутанность резко совершает фазовый переход от высокой к почти нулевой.

На этот раз ученые исследовали, существует ли фазовый переход в магии. Им удалось показать, что код, предназначенный для защиты квантовой информации от ошибок, с точки зрения магии демонстрирует явный фазовый переход из состояния «есть магия» в состояние «нет магии» без промежуточных этапов. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.

Вид на квантовый компьютер сбоку

Измерения также уничтожают магию, но для ее контролируемого добавления в систему необходимо выполнять малые изменения состояния кубитов. Изменения квантового состояния кубита называют поворотом, потому что оно теоретически описывается в трехмерной системе координат.

Физики использовали схему управления магией в случайном стабилизаторном коде через когерентные ошибки. Такие ошибки предсказуемы, постоянны и являются последствием эволюции квантовых состояний.

В эксперименте измерения в некоторых случаях уничтожали магию, возвращая состояния к стабилизаторным, а иногда оставляли магию неизменной. Конкурирующими силами в квантовых компьютерах оказались «количество измерений» и «угол вращения кубитов».

Ученые обнаружили, что при фиксированной скорости проведения измерений можно изменить угол вращения и перейти из фазы с высокой концентрацией магии в фазу без нее вообще. Авторы научной работы провели серию численных симуляций и показали, что фазовый переход магии действительно происходит, а затем проверили эту гипотезу экспериментально, используя реальные квантовые схемы. Эксперименты подтвердили симуляции.

«Мы наблюдали признак фазового перехода даже на фоне шума в системе. Наша работа открывает фазовый переход в магии. В прошлых исследованиях уже были обнаружены другие переходы в запутанности и зарядах, что поднимает вопрос: могут ли и другие ресурсы демонстрировать аналогичные переходы? Относятся ли они к какому-то универсальному типу переходов? Можем ли мы применить это знание для создания устойчивых к помехам квантовых компьютеров?» — отметил Неурула.

Наличие перехода может указывать на существование более общей теории, применимой к разным квантовым свойствам.

Статья спизжена отсюда

В решении задачи трех тел обнаружили «островки закономерности»

Когда в космическом пространстве три массивных тела воздействуют друг на друга через силы взаимного гравитационного притяжения, их движение становится непредсказуемым. Многие ученые пытались описать движение трех тел в одной системе и таким образом найти решение задачи, применимое для любых начальных условий объектов. Однако все было безуспешно. Теперь международная команда математиков и физиков провела тысячи моделирований задачи трех тел и выяснила, что среди множества ее решений есть и те, которые заключают в себе «островки закономерности», где объекты начинают вести себя предсказуемо.

Международная команда математиков и физиков под руководством Алессандро Трани (Alessandro Trani) из Института Нильса Бора (Дания) использовала суперкомпьютер для численного моделирования задачи трех тел и обнаружила в хаосе движения этих объектов пробелы — «островки закономерности». Эти «островки» показали, где объекты ведут себя предсказуемо и подчиняются определенным правилам: траектория их орбит напрямую зависит от того, как три объекта расположены друг относительно друга в момент сближения, а также от их скорости и угла сближения. Об исследовании рассказывается в пресс-релизе, опубликованном на сайте института.

Трани и его коллеги создали программу Tsunami, которая перебирала миллионы возможных комбинаций взаимодействия трех тел в системе, рассчитывала траекторию их движения, используя теорию общей относительности Эйнштейна и законы Ньютона. Эта программа предполагала использование статистического метода и наличие специальной карты, на которой каждая точка соответствовала конкретному набору начальных условий.

Затем каждой точке ученые присвоили свой цвет в зависимости от того, какой из трех объектов в итоге «выбрасывается» из системы в результате взаимодействия (в большинстве случаев — объект с наименьшей массой).

Если бы движения объектов в системе были случайными, то есть сама задача предполагала хаотичность, цвета на карте перемешались бы случайным образом. Однако в своем исследовании такой картины ученые не наблюдали. Они обнаружили на карте области, окрашенные в один цвет. По словам исследователей, эти области и есть «островки закономерности»: там начальные условия предопределяют дальнейшую эволюцию системы.

"Миллионы симуляций формируют грубую карту всех мыслимых результатов, когда встречаются три объекта, как огромный гобелен, сотканный из нитей начальных конфигураций. Именно здесь появляются острова закономерности"

Авторы работы посчитали, что на этих «островках» движение объектов подчиняется строгим математическим закономерностям, оно упорядоченно и предсказуемо. Это, в свою очередь, указывает на существование общего решения задачи трех тел.

Однако «островки закономерности», обнаруженные командой Трани в решении задачи трех тел, могут представлять проблему для исследователей. Дело в том, что этот подход хорошо вычисляет хаотичные траектории движения тел, но плохо работает, когда дело касается «закономерных» траекторий.

«Когда некоторые области на карте, предполагающие хаотичное движение объектов, внезапно переходили в фазу закономерного движения, наши статистические расчеты для этой фазы нарушались, что приводило к неточным предсказаниям. Теперь наша цель — научиться сочетать статистические методы с численными, чтобы обеспечить высокую точность предсказания, когда система начинает становится более закономерной», — пояснил Трани.

Открытые «островки закономерности» — важный шаг на пути к общему решению задачи трех тел. Исследователям еще предстоит провести серию компьютерных экспериментов, чтобы детально изучить свойства «островков» и понять механику их образования, а также оценить влияние на эволюцию системы.

В космосе наличие систем, состоящих из трех объектов, не редкость. Поэтому решение задачи трех тел — не просто теоретический вызов, а возможность постичь тайны Вселенной.

Статья спизжена отсюда