Investigadores de la Universidad de Buffalo han ampliado la aproximación truncada de Wigner para simular sistemas cuánticos complejos en laptops comunes, evitando la necesidad de supercomputadoras. Este avance, detallado en un estudio de septiembre en PRX Quantum, simplifica la dinámica cuántica para aplicaciones del mundo real. El método se centra en la dinámica de espín disipativa, haciendo la física avanzada accesible a más científicos.
Los físicos han dependido durante mucho tiempo de supercomputadoras o inteligencia artificial para modelar el trillón de configuraciones posibles en sistemas cuánticos. Sin embargo, un equipo de la Universidad de Buffalo ha mejorado la aproximación truncada de Wigner (TWA), una técnica semiclasica de la década de 1970, para manejar estos desafíos en computadoras de consumo.
La TWA ampliada ahora se aplica a la dinámica de espín disipativa, donde las partículas interactúan con fuerzas externas y pierden energía, a diferencia de los sistemas aislados a los que se limitaba previamente. "Nuestro enfoque ofrece un costo computacional significativamente menor y una formulación mucho más simple de las ecuaciones dinámicas", dice el autor correspondiente Jamir Marino, PhD, profesor asistente de física en el Colegio de Artes y Ciencias de UB. El estudio, publicado en septiembre en PRX Quantum por la American Physical Society, transforma ecuaciones cuánticas densas en una tabla de conversión fácil de usar.
Marino, quien se unió a UB este otoño después de comenzar el trabajo en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz en Alemania, colaboró con sus antiguos estudiantes Hossein Hosseinabadi y Oksana Chelpanova, ahora investigadora postdoctoral en su laboratorio de UB. La investigación recibió financiamiento de la National Science Foundation, la German Research Foundation y la Unión Europea.
Previamente, aplicar TWA requería rederivar matemáticas complejas para cada problema, lo que disuadía su uso generalizado. Ahora, "Los físicos pueden aprender esencialmente este método en un día, y para el tercer día, están ejecutando algunos de los problemas más complejos que presentamos en el estudio", dice Chelpanova. Marino señala: "Muchos grupos han intentado hacer esto antes que nosotros. Se sabe que ciertos sistemas cuánticos complicados podrían resolverse eficientemente con un enfoque semiclasico. Sin embargo, el verdadero desafío ha sido hacerlo accesible y fácil de implementar."
Esta herramienta busca reservar supercomputadoras para sistemas con estados que exceden el número de átomos en el universo, permitiendo que las laptops aborden muchos fenómenos cuánticos de manera eficiente. La referencia de la revista es: 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.