Hace dos años, Los físicos de la Universidad de Chicago fueron recibidos con fuegos artificiales (átomos disparados en chorros) cuando descubrieron una nueva forma de comportamiento cuántico. Pero los patrones subyacentes a los chorros brillantes eran difíciles de distinguir del ruido.

En lugar de, los científicos adoptaron un enfoque nuevo en el campo:el aprendizaje automático. Al ejecutar los datos a través de un algoritmo de reconocimiento de patrones, identificaron que los caminos de los átomos formaban una forma distintiva que se parece un poco a una tortuga, lo que ayudó a desentrañar la física detrás de ella. Los resultados, publicado el 1 de febrero en Ciencias , mejorar nuestra comprensión de la dinámica cuántica y ofrecer una forma innovadora de estudiar los fenómenos cuánticos.

"Al comprender la dinámica cuántica compleja, empezamos a estar limitados por nuestra intuición, pero el aprendizaje automático podría ser una nueva herramienta para comprender dichos sistemas, "dijo el autor principal Cheng Chin, profesor de física en la Universidad de Chicago y pionero en el uso de experimentos ultrafríos para estudiar los fenómenos cuánticos que subyacen al comportamiento de las partículas más pequeñas y del universo.

En el estudio original, El laboratorio de Chin enfrió las partículas hasta casi el cero absoluto hasta que todas se condensaron en el mismo estado cuántico, llamado condensado de Bose-Einstein. Próximo, aplicaron un campo magnético, y se sorprendieron al ver que los átomos se disparaban en chorros brillantes.

Pero el patrón exacto era difícil de descifrar entre el ruido. Estudiante de posgrado Lei Feng, el primer autor del nuevo estudio, desarrolló un algoritmo de aprendizaje automático para buscar en los resultados patrones y correlaciones que los ojos humanos no siempre ven.

"Esto es similar a observar el flujo de personas que se mueven en una estación de tren, ", Dijo Cheng." Al principio parece aleatorio, pero si observas con atención, puedes encontrar familias que viajan juntas, gente de negocios que va a reuniones, etc. "

El algoritmo detectó una correlación en una forma que se asemeja a una tortuga:un anillo alrededor de una fuente central que forma el "caparazón"; cuatro puntos secundarios que parecen pies a su alrededor; y dos puntos extendidos como la "cabeza" y la "cola". "Si ve una partícula que va en una dirección, siempre hay otro en un ángulo de 45 grados, "Dijo Feng. Esencialmente, es una serie de reacciones en cadena:las primeras partículas interactúan cerca de la fuente, rebotando entre sí; el siguiente anillo se forma a medida que esas partículas interactúan, etcétera. La física detrás del fenómeno se denomina generación de altos armónicos.

"En esencia, cada imagen consta de muchos de estos patrones de tortuga, ", Agregó Cheng." Son tortugas hasta el final ".

"Confirmamos el reconocimiento de patrones con un método de correlación tradicional, ", Dijo Feng." Eso funciona al observar las relaciones entre cada par de átomos, que es menos completo que el patrón que encontramos ".

Los científicos creen que el aprendizaje automático podría ser muy útil para revelar fenómenos novedosos en el estudio de la dinámica cuántica.

"Reconocer un patrón es siempre el primer paso en la ciencia, por lo que este tipo de aprendizaje automático podría identificar relaciones y características ocultas, especialmente a medida que cambiamos para tratar de comprender sistemas con una gran cantidad de partículas, "Dijo Chin.

Una mayor comprensión de estos comportamientos podría algún día alimentar la tecnología, él dijo, como formas de extender el alcance de las redes cuánticas a mayores distancias.