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科学家在惩办物理学中最陈腐的未惩办问题上赢得“心事的推崇”

凯蒂·亨特

CNN记者凯蒂·亨特报说念

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好意思国东部时候2025年2月6日星期四上昼10:18发布

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木星的红斑，一个庞杂的风暴系统，是湍流的一个例子。好意思国国度航空航天局·戈达德航天翱游中心

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科学家在连系湍流的形状和结构方面赢得了飞跃——湍流是一种在流动的水、洋流、化学反映、血流、风暴云、烟流以致恒星等离子体等流体中不雅察到的天然愉快。

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天然湍流是错乱和不法律清晰注解的，因为流体的通顺导致较大的涡流或旋涡变成并领会成较小的涡流或旋涡，但物理学家长久以来一直试图使用数学方程和计较机来权术和模拟这还是过。斟酌词，即使有了当代超等计较机，除了最浅薄的湍流除外，对通盘湍流的径直和精准模拟仍然山陬海澨，对湍流的饱和连系困扰了权术东说念主员约莫200年。

当今，一个外洋科学家小组首创了一种模拟湍流的新才能，领受了量子计较启发的才能，这在1月29日发表在《科学推崇》杂志上的一项权术中有所描写。

该权术的主要作家、牛津大学物理系权术员Nik Gourianov示意，精准建模和展望这一愉快的才略在科学和工程规模有好多内容应用，可能会纠正飞机、汽车、螺旋桨、东说念主工腹黑的蓄意，并使天气展望愈加准确。

“湍流往常是，当今仍然是一个未惩办的问题，因为咱们不成在计较机上精准模拟确凿的气流，也即是说，咱们仍然需要风洞来蓄意飞机机翼。可是像咱们这么的跳跃'冲破’了这个问题，并鼓舞了这个规模，”古里亚诺夫说。

Gourianov清晰注解说，大多数以前模拟湍流的才能依赖于细目性计策，这种计策使用一组特定的启动条目老是会产生相易的成果。相悖，新的权术从概率上模拟了湍流的波动，这种才能谈判了立地变化。

该团队将量子计较启发的算法应用于湍流，使他们巧合在几个小时内完成一个经典算法在通盘超等计较机上需要几天才能完成的计较。

量子计较机处理信息的模样与经典计较机饱和不同。传统计较机使用比特进行计较:数据每次以一种景况存在，1或0。量子计较机使用量子比特(或“q比特”)，不错是0、1或两者的轻易组合。权术作家使用了一种叫作念张量荟萃的数学器用，不错用来模拟量子系统。

新泽西州普林斯顿大学天体物理学系博士后权术员詹姆斯·贝蒂(James Beattie)示意，通过以更浅薄的模样示意包含好多变量的数据，该团队已经巧合加速动手连系湍流所需的复杂计较。贝蒂莫得参与这项权术。

“他们正在运行的模拟是两种不同化学物资夹杂和反映的流体模拟。通过使用这种示意，这意味着这种超越复杂的计较不错使用少得多的内存，使它不错在条记本电脑上运行，”贝蒂补充说。

“像这么的跳跃(内存愚弄率擢升100万倍，计较速率擢升1000倍)是心事的，这使得湍流建模赢得了令东说念主欢喜的推崇，”他说。

湍流的好意思妙

Beattie补充说，天然最新的权术是“惊东说念主的推崇”，但这并不是沿路，并指出它莫得惩办范围问题，也莫得惩办不同大小的湍流旋涡怎样相互有关的问题。

“正如作家所说，湍流是一个多程序的问题，即湍流不错跨越数千光年到不到一英尺，”他通过电子邮件说。"咱们思知说念这些天平是怎样相互交流的."

“这是模拟湍流流体如斯具有挑战性的一个方面——咱们但愿在模拟中惩办好多好多范围的问题，这需要多半的内存和计较，这意味着将这些模拟放在大型超等计较机上，”贝蒂说。

中国东南部厦门大学海洋与地球科学学院海洋环境科学国度重心履行室权术员、副教悔黄永祥说，这项新权术“令东说念主印象潜入”。

莫得参与这项权术的黄说，Gourianov和他的团队已经提倡了一种新的才能，不错显贵减少内存使用和计较复杂性。斟酌词，他同意这并莫得描画出一幅齐备的画面，他说这是极其艰辛的，因为波及的范围很广。

湍流被合计是物理学中最陈腐的未惩办的问题。神话德国表面物理学家维尔纳·海森堡在临终时说:“当我见到天主时，我要问他两个问题:为什么是相对论？为什么是湍流？我简直笃信他会有第一个谜底。”

Gourianov说，这项权术揭示的新工夫的计较上风为科学权术开拓了新的、以前无法投入的湍流物理学规模，尽管这些发现并不确凿意味着湍流的好意思妙已经被揭开。他说，相干于现存工夫，这将需要全新的算法或计较硬件。

“好多(特殊有才华和资质的)科学家已经权术了这个问题国产 porn，但咱们仍然莫得接近惩办它，”Gourianov说。

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