Ahli fizik Rusia dari Institut Sains dan Teknologi Skolkovo telah mengembangkan kaedah baru yang memungkinkan, dengan menggabungkan pengiraan kuantum dan klasik, untuk mengira dinamika sistem kuantum besar. Kaedah ini berjaya diterapkan pada masalah resonans magnetik nuklear.
Seperti yang anda ketahui, sebarang objek material di sekeliling kita terdiri daripada atom, dan atom - elektron bercas negatif dan inti bermuatan positif. Sebilangan besar inti atom, pada gilirannya, adalah magnet kecil yang dapat terangsang oleh medan magnet frekuensi radio, fenomena yang dikenali sebagai resonans magnetik nuklear. Ia ditemui pada separuh pertama abad kedua puluh dan sejak itu, untuk penemuan dan penerapannya, lima hadiah Nobel telah diterima. Aplikasi yang paling terkenal adalah pengimejan resonans magnetik.
Walaupun terdapat lebih dari setengah abad sejarah, masih terdapat masalah yang tidak dapat diselesaikan dalam teori resonans magnetik nuklear. Salah satunya ialah ramalan kuantitatif tindak balas momen magnetik nuklear dalam pepejal terhadap gangguan oleh denyut frekuensi radio. Masalah ini adalah kes khas dari masalah yang lebih umum untuk menggambarkan dinamika sistem yang terdiri daripada sebilangan besar zarah kuantum. Simulasi komputer secara langsung dari sistem sedemikian memerlukan sumber komputasi yang sangat besar yang tidak dimiliki oleh siapa pun.
Pendekatan perkiraan untuk menggambarkan sistem banyak partikel adalah dengan menggunakan fizik kuantum hanya untuk memodelkan bahagian tengah sistem, sementara sistem selebihnya dimodelkan secara klasik, yaitu, tanpa superposisi kuantum. Walau bagaimanapun, dalam pendekatan ini, menggabungkan dinamika kuantum dengan yang klasik adalah tugas yang tidak remeh kerana superposisi kuantum yang sama: sementara sistem klasik hanya dalam satu keadaan pada satu masa, sistem kuantum dapat berada di beberapa keadaan secara serentak: tidak jelas yang mana menyatakan dalam superposisi kerana tindakan bahagian kuantum sistem pada yang klasik.
Penyelidik Skoltech, pelajar siswazah Grigory Starkov dan Profesor Boris Fine, telah berjaya mencadangkan kaedah pengkomputeran hibrid yang menggabungkan pemodelan kuantum dan klasik. Ideanya adalah untuk mengimbangi kesan rata-rata kesan superposisi kuantum pada persekitaran klasik tanpa melanggar korelasi dinamik yang paling penting. Kaedah ini telah diuji secara menyeluruh untuk berbagai sistem, baik dengan perbandingan dengan pengiraan numerik langsung, dan langsung dengan hasil eksperimen. Diharapkan kaedah ini akan secara signifikan memperluas kemampuan saintis untuk mensimulasikan dinamika magnetik nukleus dalam pepejal, yang, pada gilirannya, akan membantu mengkaji bahan kompleks menggunakan kaedah resonans magnetik nuklear.
Alexander Ponomarev
