Các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã phát triển một khung toán học gọi là bản đồ Dyson có thể hỗ trợ việc sử dụng máy tính lượng tử trong nghiên cứu sóng điện từ trong plasma và hành vi của chúng trong các thiết bị nhiệt hạch. Bản đồ Dyson giúp phân tích và dự đoán các tương tác giữa hạt nhân, các hạt mang điện và tia X trong plasma.

Xem thêm: Máy tính lượng tử đánh bại siêu máy tính trong một số vấn đề vật lý

Xem thêm: Vật liệu mới cho ngành dệt may: Vải năng lượng tự sạc.

Tiến bộ này có thể dẫn đến các thiết kế tối ưu hóa các thiết bị nhiệt hạch hạt nhân, tiết kiệm thời gian và nguồn lực trong quá trình phát triển chúng.

Các siêu máy tính truyền thống hiện đang được sử dụng để mô phỏng các kịch bản vật lý plasma và phản ứng tổng hợp hạt nhân, nhưng sự phức tạp của các thách thức về thiết kế và vận hành đòi hỏi các máy tính mạnh hơn nữa.

Máy tính lượng tử có khả năng đẩy nhanh đáng kể quá trình phát triển các thiết bị nhiệt hạch bằng cách cho phép các nhà nghiên cứu điều chỉnh nhiều tham số thiết kế ở mức độ chi tiết cao hơn và hoàn thành nhiệm vụ nhanh hơn.

Trong một ấn phẩm gần đây trên tạp chí Physical Review A, các nhà nghiên cứu của MIT Abhay K. Ram, Efstratios Koukoutsis, Kyriakos Hizanidis và George Vahala trình bày khung bản đồ Dyson về các điều kiện thuận lợi trong việc sử dụng máy tính lượng tử để nghiên cứu sóng điện từ trong plasma và tương tác của chúng trong từ trường. thiết bị nhiệt hạch giữa.

hạt nhân
Bản đồ Dyson kết nối giữa các không gian khác nhau. Ảnh: Đánh giá vật lý A (2023).

Trong khi máy tính lượng tử vượt trội trong việc mô phỏng các hiện tượng lượng tử, nhiều chủ đề trong vật lý plasma dựa trên các mô hình vật lý cổ điển. Các plasma, là trọng tâm của nghiên cứu, bao gồm nhiều hạt (electron và ion) có hành vi tập thể được mô tả một cách hiệu quả bằng vật lý thống kê cổ điển. Tuy nhiên, các hiệu ứng lượng tử xảy ra ở quy mô nguyên tử và hạ nguyên tử được tính trung bình trong vật lý plasma cổ điển.

Hơn nữa, những hạn chế của cơ học lượng tử không phù hợp với hành vi của plasma. Trong các thiết bị nhiệt hạch, plasma được đốt nóng và điều khiển bằng sóng điện từ, đây là một trong những hiện tượng phổ biến và quan trọng nhất trong vũ trụ.

Hành vi của sóng điện từ, bao gồm cả cách chúng được hình thành và tương tác với môi trường xung quanh, được mô tả bằng các phương trình Maxwell—một thành phần cơ bản của vật lý plasma cổ điển và vật lý đại cương. Tuy nhiên, dạng tiêu chuẩn của phương trình Maxwell không thể hiện đầy đủ hành trạng của plasma.

hạt nhân
Phương trình Maxwell là một công cụ trọng tâm trong nghiên cứu điện trường. Ảnh: Creative Commons Attribution-Share Alike

Khung bản đồ Dyson do các nhà nghiên cứu MIT phát triển cung cấp một cách để thu hẹp khoảng cách giữa các mô tả cổ điển và lượng tử của vật lý plasma. Bằng cách kết hợp các hiệu ứng lượng tử vào các mô hình cổ điển.

Khung này cho phép các nhà nghiên cứu nghiên cứu hành vi của sóng điện từ trong plasma với độ chính xác và độ chính xác cao hơn. Điều này có thể giúp hiểu rõ hơn và tối ưu hóa các thiết bị nhiệt hạch, vốn rất quan trọng để đạt được năng lượng hạt nhân bền vững và thương mại.

Khung bản đồ Dyson do các nhà nghiên cứu MIT phát triển cho phép tích hợp máy tính lượng tử trong nghiên cứu sóng điện từ trong plasma và tương tác của chúng trong các thiết bị nhiệt hạch.

Bằng cách kết hợp các mô tả cổ điển và lượng tử, khung này cho phép mô phỏng chính xác hơn và tối ưu hóa các thiết kế thiết bị nhiệt hạch, có khả năng thúc đẩy sự phát triển của năng lượng nhiệt hạch hạt nhân thương mại.

Nghiên cứu được đăng trên: Physical Review A

Share.
Theo dõi
Thông báo của
guest
0 Góp ý
Phản hồi nội tuyến
Xem tất cả bình luận