Des chercheurs de l'Université de Buffalo ont étendu l'approximation tronquée de Wigner pour simuler des systèmes quantiques complexes sur des ordinateurs portables ordinaires, évitant le besoin de superordinateurs. Cette avancée, détaillée dans une étude de septembre dans PRX Quantum, simplifie la dynamique quantique pour des applications du monde réel. La méthode cible la dynamique de spin dissipative, rendant la physique avancée accessible à plus de scientifiques.
Les physiciens ont longtemps compté sur des superordinateurs ou l'intelligence artificielle pour modéliser le trillion de configurations possibles dans les systèmes quantiques. Cependant, une équipe de l'Université de Buffalo a amélioré l'approximation tronquée de Wigner (TWA), une technique semi-classique des années 1970, pour relever ces défis sur des ordinateurs grand public.
La TWA étendue s'applique désormais à la dynamique de spin dissipative, où les particules interagissent avec des forces externes et perdent de l'énergie, contrairement aux systèmes isolés auxquels elle se limitait auparavant. « Notre approche offre un coût computationnel significativement plus faible et une formulation beaucoup plus simple des équations dynamiques », déclare l'auteur correspondant Jamir Marino, PhD, professeur assistant de physique au College of Arts and Sciences de l'UB. L'étude, publiée en septembre dans PRX Quantum par l'American Physical Society, transforme des équations quantiques denses en un tableau de conversion convivial.
Marino, qui a rejoint l'UB cet automne après avoir commencé le travail à l'Université Johannes Gutenberg de Mayence en Allemagne, a collaboré avec d'anciens étudiants Hossein Hosseinabadi et Oksana Chelpanova, désormais chercheuse postdoctorale dans son laboratoire à l'UB. La recherche a reçu un financement de la National Science Foundation, de la Deutsche Forschungsgemeinschaft et de l'Union européenne.
Auparavant, appliquer la TWA nécessitait de redériver des mathématiques complexes pour chaque problème, décourageant son utilisation généralisée. Maintenant, « Les physiciens peuvent essentiellement apprendre cette méthode en une journée, et vers le troisième jour, ils exécutent certains des problèmes les plus complexes que nous présentons dans l'étude », dit Chelpanova. Marino note : « De nombreux groupes ont essayé de faire cela avant nous. Il est connu que certains systèmes quantiques compliqués pourraient être résolus efficacement avec une approche semi-classique. Cependant, le vrai défi a été de la rendre accessible et facile à réaliser. »
Cet outil vise à réserver les superordinateurs aux systèmes dont les états dépassent le nombre d'atomes dans l'univers, permettant aux ordinateurs portables de traiter efficacement de nombreux phénomènes quantiques. La référence de la revue est : 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.