Ученые Сколковского института науки и технологий (Сколтеха) разработали новый метод для расчета динамики больших квантовых систем, то есть систем, состоящих из микрообъектов, таких как фотоны или электроны, для чего соединили принципы квантовой и классической физики. Аналогичные вычисления невозможно провести на современных компьютерах, так как ни один из них не обладает нужными ресурсами.

Об этом сообщает ТАСС со ссылкой на пресс-службу института.

«Физики из Сколтеха придумали новый метод, позволяющий рассчитывать динамику больших квантовых систем. В основу метода положена идея о совмещении квантовых вычислений с классическими. Метод успешно применен к задачам ядерного магнитного резонанса. Исследование было поддержано грантом Российского научного фонда», – говорится в сообщении.

Любой материальный объект состоит из атомов, а атомы – из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных ядер. Многие атомные ядра, в свою очередь, являются крошечными магнитами, которые приходят в движение под воздействием магнитного поля. Это явление, открытое в первой половине XX века, известно как ядерный магнитный резонанс (ЯМР), наиболее известным из способов его применения стала магнитно-резонансная томография (МРТ).

Одна из проблем в теории ЯМР, которая до сих пор остается нерешенной, – как научиться предсказывать отклик ядер в твердых телах при воздействии на них магнитным полем. Эта проблема является частным случаем более общей проблемы описания динамики систем, состоящих из большого количества квантовых частиц. Прямое компьютерное моделирование в этих случаях требует огромных вычислительных ресурсов, которых в настоящее время нет ни у кого на Земле.

В качестве одного из способов решения этой проблемы ученые предложили использовать квантовую физику только для моделирования центральной части системы, в то время как оставшаяся часть моделируется классическими методами. Однако совмещение квантовой динамики с классической является сложной задачей, например, в то время как классическая система в каждый момент времени пребывает только в одном состоянии, квантовая система может быть в нескольких состояниях одновременно.

Аспиранту Григорию Старкову и профессору Борису Файну, удалось преодолеть трудности и предложить гибридный вычислительный метод, совмещающий в себе квантовое моделирование с классическим.

«Эта работа стала результатом многолетних усилий, за последние 70 лет много групп по всему миру пытались делать такие расчеты. Нам удалось продвинуться дальше остальных. Мы очень надеемся, что наш гибридный подход найдет широкое применение как в ЯМР, так и за его пределами», – сказал Файн.