想像一下深入量子領域。令人難以置信的小粒子可以存在並同時以數万億種可能的方式相互作用。
它就像你想像的那麼複雜。了解這些扭曲心靈的系統及其無數的配置。物理學家經常向強大的超級計算機或人工智能尋求幫助。
但如果普通筆記本電腦可以解決同樣的問題呢？
科學家們長期以來一直相信這在理論上是可能的。但事實證明，實現這一目標要困難得多。
布法羅大學的研究人員向前邁出了重要的一步。他們擴展了一種稱為截斷維格納近似（TWA）的經濟有效的計算技術，這是一種使量子數學變得更容易的物理捷徑。因此，它可以支持以前被認為需要巨大處理能力的系統。
正如 9 月份發表的一項研究所述，他們的方法同樣重要。 PRX量子美國物理學會期刊《TWA》提出了一個實用且易於使用的TWA框架。這使得研究人員能夠輸入數據並在數小時內獲得有意義的結果。
“我們的方法具有更低的計算成本和更簡單的動態方程公式，”該研究的通訊作者、布法羅大學藝術與科學學院物理學助理教授賈米爾·馬里諾博士說。 “我們認為這種方法可能成為在不久的將來在消費級計算機上探索此類量子動力學的關鍵工具。”
馬里諾（Marino）今年秋天就讀於布法羅大學。他在德國美因茨約翰內斯古騰堡大學開始了這項工作。他的合著者包括他以前的兩名學生 Hossein Hosseinabadi 和 Oksana Chelpanova，她們現在是布法羅大學 Marino 實驗室的博士後研究員。
該研究得到了國家科學基金會的支持。德國研究基金會和歐盟
採取半經典方法
並非每個量子系統都是完全可解的。這樣做是不可能的。這是因為隨著系統變得更加複雜，所需的處理能力呈指數級增長。
物理學家經常求助於所謂的準經典物理學。這是一種中間方法，允許足夠的量子行為來保持準確性。同時，對結果影響不大的細節也被省略。
TWA 是一種半經典方法，其歷史可以追溯到 20 世紀 70 年代，但僅限於孤立的理想量子系統。能量不會獲得或損失的地方
因此，Marino 的團隊將 TWA 擴展到比現實世界中更多的梅西系統。其中粒子不斷受到外力的推動和拉動。並向周圍環境釋放能量也稱為耗散自旋動力學。
“在我們之前，許多團體已經嘗試過這樣做。眾所周知，一些複雜的量子系統可以使用準經典方法有效地解決，”馬里諾說。 “然而，真正的挑戰是讓它變得易於訪問和易於執行。”
讓量子動力學變得簡單
過去，想要使用 TWA 的研究人員面臨著複雜的障礙。每次將此方法應用於新的量子問題時，他們都必須從頭開始重新計算數學。
因此，馬里諾的團隊對過去密密麻麻、幾乎難以理解的數學頁面進行了改造。變成一個簡單的轉換錶。它將量子問題轉化為可解的方程
“物理學家基本上可以在一天內學會這種方法。當第三天到來時，他們將面臨我們在這項研究中提出的一些最複雜的問題，”切爾帕諾娃說。
把超級計算機留給大問題。
人們希望這種新方法能夠為真正複雜的量子系統節省超級計算機集群和人工智能模型。這些系統無法使用半經典方法解決。一個不只有一萬億個可能狀態的系統。但它在宇宙中的地位比原子還要高。
“許多看似複雜的事情實際上並不那麼複雜，”馬里諾說。 “物理學家可以在需要完整量子方法的系統上使用超級計算機資源，並通過我們的方法快速解決其餘問題。”
