فیزیکدانان روشی تازه برای شبیهسازی سیستمهای کوانتومی ارائه کردهاند که اجرای محاسبات پیچیده را از انحصار ابررایانهها و ابزارهای هوش مصنوعی خارج و امکان انجام آن را روی یک لپتاپ معمولی فراهم میکند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، این پژوهش که در ژورنال PRX Quantum منتشر شده است، یک تکنیک چنددههای را به قالبی ساده و کاربرپسند تبدیل میکند تا مسائل دشوار کوانتومی بدون نیاز به ابررایانه یا ابزارهای هوش مصنوعی حل شوند.
بر اساس این گزارش، فیزیکدانان نسخه بهروزشدهای از روش truncated Wigner approximation یا TWA را معرفی کردند. این روش یک میانبر محاسباتی ایجاد میکند که میتواند مسائل کوانتومی را به معادلات کلاسیک سادهتر تبدیل کند. خروجی این فرایند ظرف چند ساعت روی یک لپتاپ قابل دستیابی است. تیم پژوهش اعلام کرد که این کار میتواند ظرفیت سیستمهای محاسباتی پیشرفته را برای مسائل دشوارتر آزاد کند.
روش TWA نخستینبار در دهه ۱۹۷۰ معرفی شد و یک روش نیمهکلاسیک برای پیشبینی رفتار سامانههای کوانتومی است. سامانههای کوانتومی به دلیل وجود پدیدههایی مانند همدوسی و درهمتنیدگی، تعداد بسیار زیادی حالت ممکن ایجاد میکنند. شبیهسازی این رفتارها معمولاً نیازمند توان پردازشی بالا است. پژوهشگران برای کاهش هزینه محاسباتی از چارچوب نیمهکلاسیک استفاده میکنند، که ترکیبی از مکانیک کوانتومی و فیزیک کلاسیک است. این رویکرد اجازه میدهد بخشی از مسئله به صورت دقیق و بخش دیگر به صورت تقریبی حل شود.
تکنیک TWA با افزودن مقدار کمی نویز آماری، مسئله کوانتومی را به چندین محاسبه سادهشده تبدیل میکند. پژوهشگر با گرفتن میانگین این نتایج، تصویری قابل قبول از رفتار سامانه به دست میآورد. اما این روش برای سامانههای ایدئال طراحی شده بود. سامانههایی که از محیط بیرونی جدا هستند و تحت تأثیر تلفات انرژی قرار نمیگیرند. در دنیای واقعی، سامانههای کوانتومی باز هستند و همواره با محیط تبادل انرژی دارند. این پدیدهها که با عنوان دینامیک اتلافی شناخته میشوند، پیشبینی رفتار سامانه را دشوار میکنند.
تیم پژوهش برای حل این مشکل، TWA را گسترش داد تا بتواند معادلات مستر Lindblad را حل کند. این معادلات یکی از مهمترین چارچوبها برای شبیهسازی سیستمهای باز کوانتومی هستند. پژوهشگران نسخه جدید را در قالب یک «جدول تبدیل» عملی توسعه دادند. این جدول به کاربر اجازه میدهد پارامترهای مسئله را وارد کند و معادلات سادهشده را به سرعت بهدست آورد.
جمیر مارینو، استادیار فیزیک در دانشگاه بوفالو اعلام کرد که این روش هزینه محاسباتی را کاهش میدهد و معادلات دینامیکی را سادهتر میکند. او بیان کرد که این میانبر میتواند در آینده نزدیک ابزار اصلی مطالعه دینامیکهای کوانتومی روی رایانههای مصرفی باشد.
اوکسانا چلپانووا، پژوهشگر دکتری توضیح داد که کاربران میتوانند این روش را ظرف یک روز بیاموزند. وی تصریح کرد که پژوهشگران طی سه روز قادر خواهند بود پیچیدهترین مسائل مطرحشده را در مطالعه اجرا کنند. او عنوان کرد که این پیشرفت سد ورود به شبیهسازی کوانتومی را پایین میآورد و سرعت پژوهش را بالا میبرد.
این دستاورد میتواند مسیر توسعه فناوریهای کوانتومی را تغییر دهد، چرا که پژوهشگران قادر خواهند بود مسائل پیچیده را بدون اتکا به ابررایانهها حل کنند. این تحول میتواند روند طراحی سامانههای کوانتومی و بررسی رفتار آنها را تسریع کند و راه را برای پیشرفتهای آینده هموار سازد.
