Pesquisadores da Universidade de Buffalo expandiram a aproximação truncada de Wigner para simular sistemas quânticos complexos em laptops comuns, contornando a necessidade de supercomputadores. Este avanço, detalhado em um estudo de setembro na PRX Quantum, simplifica a dinâmica quântica para aplicações do mundo real. O método visa a dinâmica de spin dissipativa, tornando a física avançada acessível a mais cientistas.
Físicos têm dependido há muito tempo de supercomputadores ou inteligência artificial para modelar o trilhão de configurações possíveis em sistemas quânticos. No entanto, uma equipe da Universidade de Buffalo aprimorou a aproximação truncada de Wigner (TWA), uma técnica semiclassica dos anos 1970, para lidar com esses desafios em computadores de consumo.
A TWA expandida agora se aplica à dinâmica de spin dissipativa, onde partículas interagem com forças externas e perdem energia, ao contrário dos sistemas isolados aos quais se limitava anteriormente. "Nossa abordagem oferece um custo computacional significativamente menor e uma formulação muito mais simples das equações dinâmicas", diz o autor correspondente Jamir Marino, PhD, professor assistente de física no College of Arts and Sciences da UB. O estudo, publicado em setembro na PRX Quantum pela American Physical Society, transforma equações quânticas densas em uma tabela de conversão amigável ao usuário.
Marino, que se juntou à UB neste outono após iniciar o trabalho na Universidade Johannes Gutenberg de Mainz, na Alemanha, colaborou com ex-alunos Hossein Hosseinabadi e Oksana Chelpanova, agora pesquisadora pós-doutoral em seu laboratório na UB. A pesquisa recebeu financiamento da National Science Foundation, da German Research Foundation e da União Europeia.
Anteriormente, aplicar a TWA exigia rederivar matemática complexa para cada problema, desencorajando o uso generalizado. Agora, "Físicos podem essencialmente aprender este método em um dia, e no terceiro dia, eles estão executando alguns dos problemas mais complexos que apresentamos no estudo", diz Chelpanova. Marino observa: "Muitos grupos tentaram fazer isso antes de nós. É conhecido que certos sistemas quânticos complicados poderiam ser resolvidos eficientemente com uma abordagem semiclassica. No entanto, o verdadeiro desafio tem sido torná-la acessível e fácil de fazer."
Esta ferramenta visa reservar supercomputadores para sistemas com estados que excedem o número de átomos no universo, permitindo que laptops lidem com muitos fenômenos quânticos de forma eficiente. A referência da revista é: 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.