バッファロー大学の研究者らが、通常のラップトップで複雑な量子系をシミュレートするためのウィグナー近似の短縮版を拡張し、スーパーコンピュータの必要性を回避した。この進歩は、9月のPRX Quantum誌の研究で詳述されており、現実世界の応用向けに量子ダイナミクスを簡素化する。この方法は散逸スピンダイナミクスを対象とし、より多くの科学者にとって先進物理学をアクセスしやすくする。
物理学者らは長年、量子系における兆単位の可能な構成をモデル化するためにスーパーコンピュータや人工知能に依存してきました。しかし、バッファロー大学のチームは、1970年代の半古典的手法である短縮ウィグナー近似（TWA）をアップグレードし、消費者向けコンピュータでこれらの課題に対処できるようにしました。
拡張されたTWAは現在、粒子が外部力と相互作用してエネルギーを失う散逸スピンダイナミクスに適用可能で、以前は孤立系に限定されていました。「私たちのアプローチは、計算コストを大幅に低減し、ダイナミカル方程式の定式化をはるかにシンプルにします」と、対応著者のJamir Marino博士、バッファロー大学芸術・科学学部物理学助教授は述べています。この研究は、アメリカ物理学会のPRX Quantum誌9月号に掲載され、密な量子方程式を使いやすい変換表に変えます。
Marinoは今秋、ドイツのヨハネス・グーテンベルク大学マインツで作業を開始した後、バッファロー大学に着任しました。彼は元学生のHossein HosseinabadiとOksana Chelpanova（現在彼のバッファロー大学ラボでポスドク研究員）と協力しました。研究は国立科学財団、ドイツ研究財団、欧州連合からの資金提供を受けました。
以前、TWAを適用するには各問題ごとに複雑な数学を再導出する必要があり、広範な使用を阻害していました。今では、「物理学者は基本的に1日でこの方法を学べ、3日目には研究で提示する最も複雑な問題のいくつかを実行できます」とChelpanovaは言います。Marinoは、「私たちの前に多くのグループがこれを試みました。特定の複雑な量子系は半古典的手法で効率的に解けることが知られています。しかし、真の課題はそれをアクセスしやすく簡単にするものでした。」と指摘します。
このツールは、状態数が宇宙の原子数を超える系にスーパーコンピュータを予約し、ラップトップで多くの量子現象を効率的に扱うことを目指します。ジャーナル参照：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.