Kvantumrendszerek a nappaliban
Bár a kvantumfizika egy hihetetlenül bonyolult világot tár elénk, ahol az elemi részecskék több mint ezermilliárd lehetséges módon rendeződhetnek el, a problémák jelentős részét eddig csak szuperszámítógépek vagy akár mesterséges intelligencia segítségével lehetett kezelni. Ugyanakkor régóta sejtették, hogy ezekhez a szimulációkhoz nem feltétlenül van szükség mérhetetlen számítási kapacitásra.
A kutatócsoport most egy 1970-es évekből származó számítási trükk, a truncált Wigner-approximáció (TWA) jelentős továbbfejlesztését mutatta be, amely nagy valósághűséggel képes modellezni összetett kvantumrendszerek viselkedését – mindezt egy átlagos számítógépen, akár néhány óra alatt.
Mérnöki egyszerűség: a matematikából használható eszköz
Lényeges szempont, hogy az új módszer nem csupán a szükséges számítási igényt csökkenti radikálisan, hanem a korábban rendkívül bonyolult matematikai leírásokat is egy egyszerű átváltási táblázatba sűríti. Így egy fizikus akár egy nap alatt elsajátíthatja az eljárást, és néhány nap múlva már a legösszetettebb szimulációk közül is futtathat néhányat a tanulmányban bemutatott példák alapján.
A TWA eddig afféle fizikusi kompromisszumként működött: egyszerre tartalmazott elég kvantumos elemet ahhoz, hogy ne veszítsen lényegi fizikai tartalmat, ugyanakkor elhanyagolt apró részleteket, amelyek az eredményt érdemben nem befolyásolják. Marino és csapata most az elméleti, izolált rendszerek után olyan kvantumrendszerekhez is átdolgozták az algoritmust, amelyek a valóságban is fennálló, folyamatos energiaveszteséggel járnak, vagy külső behatások érik őket.
Mire kell a szuperszámítógép?
Ennek köszönhetően csökkenhet a szuperszámítógépek és MI-modellek terhelése: mostantól a valóban bonyolult, teljes kvantumszámításokat igénylő rendszerekhez tarthatják fenn a hatalmas számítási kapacitást, míg az „egyszerűbb” kvantumproblémákat elegendő lesz egy laptoppal kezelni. Marino szerint távolról sem minden, ami elsőre összetettnek tűnik, igényel szuperszámítógépet.
A módszert a PRX Quantumban, az Amerikai Fizikai Társaság folyóiratában publikálták; Marino mellett szerzők voltak korábbi diákjai, Hossein Hosseinabadi és Oksana Chelpanova is. Az újítás széles körben segítheti a kvantumdinamika kutatóit: mostantól nem kell órákig várni jelentős szuperszámítógépes időre, és a bonyolult matematikában sem szükséges elveszni.
Kvantumforradalom egy kattintásra
A fejlesztés gyorsabb, hozzáférhetőbb kutatást tesz lehetővé mindenki számára, aki valaha is el akart mélyedni a kvantumvilág paradoxonjain – legyen szó tudósokról, ambiciózus diákokról vagy egyszerűen kíváncsi elmékről. Az új algoritmus a szuperszámítógépek helyett a nappalidat teheti a kvantumfizika legújabb laboratóriumává.
