Нова ‘физичка пречица’ омогућава лаптопима да се баве квантним проблемима некада резервисаним за суперкомпјутере и АИ
Физичари су развили начин моделирања квантних система на свакодневним рачунарима, што олакшава покретање сложених симулација без ослањања на суперкомпјутере или вештачка интелигенција (АИ) алати.
Нови метод ажурира „скраћену Вигнерову апроксимацију“ (ТВА), деценијама стару технику за апроксимацију квантног понашања, у плуг-анд-плаи пречицу за решавање сложених прорачуна.
„Наш приступ нуди знатно ниже рачунске трошкове и много једноставнију формулацију динамичких једначина“, коаутор студије Јамир Маринодоцент физике на Државном универзитету Њујорка у Бафалу, рекао је у а изјава. „Мислимо да би овај метод у блиској будућности могао постати примарни алат за истраживање ове врсте квантне динамике на рачунарима потрошачког разреда.“
Модерни обрт на полукласици
Прво развијен 1970-их, ТВА је „полукласична“ симулациона метода која се користи за предвиђање квантног понашања.
Квантни системи су вођени правилима квантна механика и обично укључују честице у невероватно малим размерама. На овом нивоу, феномени попут кохерентности и запетљаност производе ефекте који се не могу у потпуности објаснити само класичном физиком.
Пошто ови ефекти стварају огроман број могућих исхода, њихова симулација често захтева огромну рачунарску снагу – на пример, суперкомпјутер кластери или АИ мреже. Да би квантну динамику лакше проучавали на конвенционалном хардверу, физичари често користе теоријски оквир који се назива полукласична физика.
Полукласична физика укључује третирање делова квантне једначине кроз сочиво квантне механике и других делова класичном физиком, омогућавајући истраживачима да апроксимирају како би се квантни систем могао понашати током времена.
ТВА функционише тако што трансформише квантни проблем у вишеструке, поједностављене класичне прорачуне, од којих сваки почиње са малом количином статистичког „шума“ да би се објаснила инхерентна несигурност квантне механике. Извођењем ових поједностављених прорачуна и усредњавањем резултата, истраживачи добијају довољну слику о томе како би се квантни проблем одиграо.
Међутим, ТВА је првобитно развијен за „идеализоване“ квантне системе који су потпуно изоловани од спољних сила. Ово чини математику далеко лакшом за управљање јер претпоставља да се систем развија без сметњи.
У стварности, квантни системи су често отворени и изложени спољним сметњама. Честице губе или апсорбују енергију, или постепено губе кохерентност док ступају у интеракцију са својом околином. Ови ефекти, познати под заједничким именом дисипативне динамикеизлазе ван оквира конвенционалног ТВА и чине далеко тежим предвиђање понашања квантних система.
Истраживачи су се позабавили овим питањем тако што су проширили ТВА на руковање Линдблад мастер једначине — широко коришћени математички оквир за моделирање дисипације у „отвореним“ квантним системима. Затим су упаковали ажурирану методу у „практичан шаблон прилагођен кориснику“ који служи као табела за конверзију, омогућавајући физичарима да укључе проблем и добију употребљиве једначине у року од неколико сати.
„Многе групе су то покушале да ураде пре нас“, рекао је Марино. „Познато је да се одређени компликовани квантни системи могу ефикасно решити полукласичним приступом. Међутим, прави изазов је био учинити их доступним и лаким за извођење.“
Ажурирана техника такође чини ТВА вишекратну употребу. Уместо да морају поново да граде математику од нуле за сваки нови проблем, физичари могу да унесу параметре свог система у ажурирани оквир и директно га примене. Ово смањује баријеру за улазак и значајно убрзава математику, рекао је тим.
„Физичари у суштини могу да науче ову методу за један дан, а отприлике трећег дана решавају неке од најсложенијих проблема које представљамо у студији“, коаутор студије Оксана Челпановадокторски истраживач на Универзитету у Бафалу, рекао је у саопштењу.
