Roma – Sviluppare un nuovo approccio ispirato alla teoria quantistica per simulare sistemi turbolenti basato sulle probabilità. A questo obiettivo è stato orientato uno studio, pubblicato sulla rivista Science Advances, condotto dagli scienziati dell’Università di Oxford, dell’Università di Amburgo, dell’Università di Pittsburgh e della Cornell University. Il team, guidato da Nikita Gourianov, ha ideato un nuovo sistema per prevedere la dinamica dei flussi di fluidi turbolenti, un obiettivo centrale per scienziati e ingegneri. Nonostante le moderne tecnologie informatiche, le simulazioni di questi sistemi complessi restano estremamente ardue. Ciò è dovuto al fatto che la turbolenza è caratterizzata da mulinelli e vortici di varie forme e dimensioni che interagiscono in modo caotico e imprevedibile. Per usi nell’ambito dell’ingegneria o delle previsioni meteorologiche, queste fluttuazioni ad oggi non possono essere simulate con precisione nemmeno dai supercomputer più potenti. Per superare i limiti attuali, i ricercatori hanno riformulato il problema in un modo che evita completamente la necessità di risolvere e simulare direttamente queste fluttuazioni turbolente. In particolare, le fluttuazioni vengono modellate come variabili casuali distribuite in base a una funzione di distribuzione di probabilità. Questo approccio permette di estrarre tutte le quantità significative dal flusso, come portanza e resistenza, senza badare al caos delle fluttuazioni turbolente. Normalmente, la simulazione delle distribuzioni di probabilità di turbolenza richiede la risoluzione di equazioni di Fokker-Planck ad alta dimensionalità, cosa impossibile da fare con metodi classici. Per ovviare a questo problema, il gruppo di ricerca ha applicato una tecnologia di calcolo ispirata alla quantistica, che sfrutta reti tensoriali per rappresentare le distribuzioni di probabilità di turbolenza in un formato ipercompresso. Nello studio, l’algoritmo di calcolo ispirato alla tecnologia quantistica, eseguito su un singolo core della CPU, ha richiesto solo poche ore per elaborare ciò che con un algoritmo classico equivalente avrebbe si sarebbe ottenuto in diversi giorni su un intero supercomputer. In futuro, questo metodo potrebbe portare numerosi vantaggi nelle simulazioni e nelle modellazioni. Questo approccio, continuano gli esperti, mette in discussione gli attuali limiti della simulazione della turbolenza, ma apre anche la porta alla modellazione di sistemi caotici che possono essere descritti in modo probabilistico. “Il vantaggio computazionale attuale e potenziale – afferma Gourianov – apre nuove idee della fisica della turbolenza precedentemente inaccessibili per l’indagine scientifica, ma richiama anche codici di fluidodinamica computazionale di prossima generazione. Questi potrebbero finire per migliorare le nostre previsioni meteo, rendere le nostre auto più aerodinamiche, aumentare l’efficienza delle industrie chimiche e altro ancora”.(30Science.com)
Valentina Di Paola
Con teoria quantistica si rappresenta meglio la turbolenza
(29 Gennaio 2025)
Valentina Di Paola
Classe ’94, cresciuta a pane e fantascienza, laureata in Scienze della comunicazione, amante dei libri, dei gatti, del buon cibo, dei giochi da tavola e della maggior parte di ciò che è anche solo vagamente associato all’immaginario nerd. Collaboro con 30science dal gennaio 2020 e nel settembre 2021 ho ottenuto un assegno di ricerca presso l’ufficio stampa dell’Istituto di ricerca sugli ecosistemi terrestri del Consiglio nazionale delle ricerche. Se dovessi descrivermi con un aggettivo userei la parola ‘tenace’, che risulta un po’ più elegante della testardaggine che mi caratterizza da prima che imparassi a usare la voce per dar senso ai miei pensieri. Amo scrivere e disegnare, non riesco a essere ordinata, ma mi piace pensare che la mia famiglia e il mio principe azzurro abbiano imparato ad accettarlo. La top 3 dei miei sogni nel cassetto: imparare almeno una lingua straniera (il Klingon), guardare le stelle più da vicino (dal Tardis), pilotare un velivolo (il Millennium Falcon).