Отримання конденсату Бозе-Ейнштейна довірили комп'ютеру

Вчені навчилися застосовувати систему штучного інтелекту для контролю охолодження конденсату Бозе - Ейнштейна. Про це пише журнал

Команда дослідників з Австралійського національного університету, Аделаїдського університету та Австралійського університету Південного Уельсу охолодила рубідій-87 до температури 1 мікрокельвін за допомогою магніто-оптичної пастки і споконвічного охолодження. Після цього атоми перемістили в оптичну дипольну пастку для останньої стадії охолодження і передали управління лазерами системі штучного інтелекту. Принцип дії оптичної дипольної пастки ґрунтується на тому, що світло викликає зміщення енергетичних рівнів атома. Різність цієї енергії зрушення викликає виникнення дипольних сил. Якщо частота світла менша за частоту резонансу в атомі, атом притягується до області найвищої інтенсивності, яка дає найменший енергетичний стан, а, значить, і температуру.

Систему штучного інтелекту на базі мови програмування Python в ході десяти пробних експериментів навчили, як за допомогою лазерів змінювати різні параметри системи і ефективно охолоджувати її до більш низьких температур. Зокрема, один лазерний промінь контролювався зміною сили струму, в той час як інший контролювався не тільки за допомогою електричного струму, але і за допомогою обертання хвильової платівки в поєднанні з маніпулюванням поляризаційним роздільником променя, що дозволило додатково послабити потужність лазера при збереженні стабільності його роботи. Код, який використовували автори роботи, доступний на GitHub.

Головна вимога до даної системи полягає у визначенні параметра, на основі якого відбуватиметься оцінка її роботи. В даному випадку автори спиралися на оптичну товщину газової хмари - чим більш чіткими були його краї, тим краще, за оцінками системи, був отриманий газ.

У підсумку, маніпулюючи двома лазерами, система змогла охолодити рубідієвий газ до нанокельвіна. Крім того, система також самостійно налаштовувалася щоранку і компенсувала зміни, що відбулися за ніч.

«Вона робила речі, до яких людина ніколи б не додумалася, наприклад, підвищувала або знижувала потужність одного лазера і компенсувала це за допомогою іншого лазера», - коментує один з учених.

Використання системи штучного інтелекту в даному випадку, як пишуть автори у своїй роботі, дозволяє значно скоротити число експериментів, а також знайти нові шляхи для отримання більш холодного конденсату Бозе-Ейнштейна або більшої кількості. При роботі «вручну» знадобилося б більше часу для оптимізації системи. Крім того, така технологія здешевлює і спрощує процес отримання конденсату Бозе - Ейнштейна. У цьому дослідженні вчені охолоджували 4 ¹07 атомів, проте в майбутньому вони планують відтворити експеримент на більших масштабах.

Конденсат Бозе - Ейнштейна - це стан речовини, передбачений фізиками Ш.Бозе і А.Ейнштейном. Основу цього конденсату складають бозони, охолоджені до температур, близьких до абсолютного нуля (‑ 273,15 градусів Цельсія). У такому стані атоми переходять на найнижчий енергетичний рівень з усіх можливих і квантові ефекти починають проявлятися на макроскопічних рівнях.