بحثاء في جامعة بافالو قد وسعوا التقريب المقطوع لويغنر لمحاكاة أنظمة كم معقدة على أجهزة لاب توب عادية، متجاوزين الحاجة إلى الحواسيب الفائقة. هذا التقدم، المفصل في دراسة سبتمبر في PRX Quantum، يبسط ديناميكيات الكم لتطبيقات العالم الحقيقي. الطريقة تستهدف ديناميكيات السبين المنتشرة، مما يجعل الفيزياء المتقدمة متاحة لمزيد من العلماء.
لطالما اعتمد الفيزيائيون على الحواسيب الفائقة أو الذكاء الاصطناعي لنمذجة التريليون من الإعدادات الممكنة في أنظمة الكم. ومع ذلك، قام فريق في جامعة بافالو بترقية التقريب المقطوع لويغنر (TWA)، وهي تقنية شبه كلاسيكية من السبعينيات، للتعامل مع هذه التحديات على حواسيب المستهلكين العادية.
يطبق الـTWA الموسع الآن على ديناميكيات السبين المنتشرة، حيث تتفاعل الجسيمات مع قوى خارجية وتفقد الطاقة، بخلاف الأنظمة المعزولة التي كان يقتصر عليها سابقًا. "يقدم نهجنا تكلفة حسابية أقل بكثير وصياغة أبسط بكثير لمعادلات الديناميكا", يقول المؤلف المقابل جمير مارينو، دكتوراه، أستاذ مساعد في الفيزياء في كلية الآداب والعلوم بجامعة بافالو. الدراسة، المنشورة في سبتمبر في PRX Quantum من قبل الجمعية الفيزيائية الأمريكية، تحول المعادلات الكمومية الكثيفة إلى جدول تحويل سهل الاستخدام.
مارينو، الذي انضم إلى جامعة بافالو هذا الخريف بعد بدء العمل في جامعة يوهانس غوتنبرغ ماينز في ألمانيا، تعاون مع طلابه السابقين حسين حسين آبادي وأوكسانا تشيلبانوف، التي أصبحت الآن باحثة ما بعد الدكتوراه في مختبره بجامعة بافالو. تلقت البحوث تمويلًا من المؤسسة الوطنية للعلوم، ومؤسسة البحث الألمانية، والاتحاد الأوروبي.
سابقًا، كان تطبيق TWA يتطلب إعادة اشتقاق الرياضيات المعقدة لكل مشكلة، مما يثني عن الاستخدام الواسع. الآن، "يمكن للفيزيائيين تعلم هذه الطريقة في يوم واحد، وبحلول اليوم الثالث، يقومون بتشغيل بعض المشكلات الأكثر تعقيدًا التي نعرضها في الدراسة", تقول تشيلبانوف. يشير مارينو: "لقد حاول العديد من المجموعات القيام بذلك قبلنا. من المعروف أن بعض الأنظمة الكمومية المعقدة يمكن حلها بكفاءة باستخدام نهج شبه كلاسيكي. ومع ذلك، كان التحدي الحقيقي هو جعلها متاحة وسهلة التنفيذ."
تهدف هذه الأداة إلى حجز الحواسيب الفائقة للأنظمة التي تتجاوز حالاتها عدد الذرات في الكون، مما يسمح لأجهزة اللاب توب بمعالجة العديد من الظواهر الكمومية بكفاءة. إشارة المجلة هي: Hossein Hosseinabadi, Oksana Chelpanova, Jamir Marino. User-Friendly Truncated Wigner Approximation for Dissipative Spin Dynamics. PRX Quantum, 2025; 6 (3) DOI: 10.1103/1wwv-k7hg.