علماء يحرزون تقدما نادرا في حل أقدم مشكلة مستعصية في الفيزياء

دبي، الإمارات العربية المتحدة (CNN) -- أحرز العلماء تقدمًا كبيرًا في فهم نمط وبنية الاضطراب، وهي ظاهرة طبيعية تُلاحظ في السوائل مثل المياه المتحركة، وتيارات المحيطات، والتفاعلات الكيميائية، وتدفق الدم، وأعمدة الدخان، وحتى بلازما النجوم.

وبينما يكون الجريان المضطرب فوضويًا وغير منتظم، حيث تؤدي حركة السائل إلى تكوّن دوّامات كبيرة تتكسّر إلى دوّامات أصغر، حاول الفيزيائيون منذ زمن طويل دراسة هذه العملية ونمذجتها بواسطة المعادلات الرياضية، وأجهزة الحاسوب.

لكن، حتى مع وجود الحواسيب الفائقة الحديثة، لا تزال المحاكاة المباشرة والدقيقة لمعظم التدفقات المضطربة، باستثناء البسيطة منها، بعيدة المنال، ولم يتمكّن الباحثون من الوصول إلى فهم كامل للاضطراب منذ حوالي 200 عام.

والآن، ابتكر فريق دولي من العلماء نهجًا جديدًا لمحاكاة الاضطراب، يستند إلى طريقة مستوحاة من الحوسبة الكمومية، وذلك وفق دراسة نُشرت في دورية Science Advances.

وأوضح المؤلّف الرئيسي للدراسة، نيك غوريانوف، وهو باحث بقسم الفيزياء في جامعة أكسفورد، أنّ القدرة على نمذجة الظاهرة والتنبؤ بها بدقة، قد يكون لها العديد من التطبيقات العملية في العلوم والهندسة، ما قد يؤدي إلى تحسين تصميم الطائرات، والسيارات، والمراوح، والقوالب الاصطناعية، إضافة إلى جعل التنبؤات الجوية أكثر دقة.

وأضاف غوريانوف: كانت ولا تزال الاضطرابات مشكلة غير محلولة، بمعنى أننا لا نستطيع محاكاة التدفقات الواقعية بدقة على أجهزة الحاسوب، أي أننا ما زلنا بحاجة إلى نفق هوائي لتصميم جناح الطائرة. لكن التقدم الذي حقّقناه يُساهم في حل المشكلة ويدفع الحدود إلى الأمام.

ويعالج الحاسوب الكمّي المعلومات بطريقة مختلفة جذريًا عن الحواسيب التقليدية. فالأخيرة تستخدم وحدات البت (Bit) لإجراء العمليات الحسابية، حيث تكون البيانات في حالة واحدة فقط في كل مرة، إما 1 أو 0.

أما الحاسوب الكمّي، فيستخدم وحدات بت كمّومي (أو الكيوبت Qbit)، التي يمكن أن تكون 0 أو 1 أو أي مزيج من الاثنين معًا. واستخدم مؤلفو الدراسة أداة رياضية تُعرف بشبكات الموتر، التي يمكن استخدامها لمحاكاة نظام كمّي.

وقال جيمس بيتي، باحث ما بعد الدكتوراه وزميل بقسم العلوم الفلكية