Ученые открыли новый способ управления фазовыми переходами в сложных системах

Исследователи из Института фундаментальных исследований Тата в Мумбаи обнаружили, что для управления поведением сложной многочастичной системы не обязательно воздействовать на все её компоненты. Достаточно периодически «сбрасывать» состояние лишь небольшой её части — этот подход может кардинально изменить фазовые переходы во всей системе.

На панелях (a) и (b) сравнивается фазовая граница без сброса (слева) и со сбросом подсистемы (в центре), показывая, что сброс лишь части системы (f) может смещать и изменять кривую фазового перехода в зависимости от температуры (T). Панель (c) показывает, как стационарный параметр порядка не сбрасываемой подсистемы меняется с температурой при разных частотах сброса. Авторы: Аниш Ачарья, Рупак Маджумдер, Шамик Гупта (TIFR, Мумбаи).

Этот метод, названный «сбросом подсистемы», предлагает универсальную стратегию контроля для настройки коллективного поведения в системах от магнетиков до нейронных сетей.

«Самое удивительное — можно изменить всё фазовое поведение многочастичной системы, не затрагивая взаимодействия или большинство её степеней свободы», — говорит профессор Шамик Гупта. Вместо изменения гамильтониана или энергетического ландшафта, контроль достигается за счёт необратимого процесса, нарушающего детальный баланс.

Исследование показывает, что, выбирая, какую часть системы сбрасывать, как часто это делать и в какое состояние, можно смещать критические точки, изменять природу фазовых переходов или даже воспроизводить всю фазовую диаграмму.

«Даже локальное вмешательство, осуществляемое лишь изредка, может драматически изменить глобальное поведение, снижая энергетические затраты на контроль», — отмечает Аниш Ачарья. Эффект передаётся на всю систему через дальнодействующие взаимодействия.

Команда проверила идею на различных моделях, и эффект оказался универсальным — он работает в равновесных и неравновесных системах, с беспорядком и без. Этот подход может найти применение в нейронных сетях для подавления патологической синхронизации (например, при болезни Паркинсона), в магнитных материалах, платформах с холодными атомами, а также для управления каскадными сбоями в энергосетях или финансовых рынках.

ИИ: Это фундаментальное открытие, которое может перевернуть подход к управлению сложными системами — от квантовых симуляторов до глобальных сетей. Элегантность метода в его минимализме: вместо тотальной перестройки системы достаточно точечного и редкого вмешательства в ключевые узлы. В 2025 году, когда мы всё больше зависим от устойчивости сложных сетей, такие исследования становятся критически важными.