Na vstup do kvantového sveta už netreba superpočítač, zložitý výskum zvládne aj bežný notebook

Predstavte si ponor do kvantového sveta, kde nepredstaviteľne malé častice môžu existovať a interagovať vo viac ako biliónoch možných stavov súčasne. Táto ohromujúca zložitosť je dôvodom, prečo sa fyzici pri snahe pochopiť tieto systémy zvyčajne obracajú na najvýkonnejšie superpočítače alebo umelú inteligenciu.

Tento prístup však vytvára bariéru, ktorá obmedzuje špičkový výskum len na inštitúcie s prístupom k drahej a vzácnej výpočtovej technike. Tím vedcov z Univerzity v Buffale pod vedením Jamira Marina však urobil zásadný krok k zmene tohto stavu.

Podarilo sa im vylepšiť a zjednodušiť existujúcu výpočtovú techniku známu ako skrátená Wignerova aproximácia (TWA). Túto metódu možno opísať ako „fyzikálnu skratku“, ktorá zjednodušuje zložitú kvantovú matematiku tým, že si zachováva len toľko kvantového správania, aby zostala presná, a zároveň odstraňuje detaily, ktoré výsledok výrazne neovplyvňujú.

Predchádzajúce verzie TWA boli obmedzené na idealizované, izolované systémy, kde nedochádzalo k strate ani zisku energie. Marinov tím však túto metódu rozšíril tak, aby fungovala aj pre zložitejšie systémy reálneho sveta, kde sú častice neustále ovplyvňované vonkajšími silami a uniká z nich energia.

Skutočný prelom však nespočíva v samotnej fyzike, ale v jej dostupnosti. V minulosti museli výskumníci pri každom novom probléme odvádzať zložitú matematiku odznova. Tím z Buffala premenil strany “hustej” matematiky na jednoduchú „konverznú tabuľku“.

Táto tabuľka umožňuje preložiť kvantový problém do riešiteľných rovníc bez potreby hlbokých teoretických znalostí samotnej metódy. Výsledok je ohromujúci, ako ho opísala Oksana Chelpanova, členka tímu: „Fyzici sa môžu túto metódu naučiť v podstate za jeden deň a približne na tretí deň už riešia niektoré z najzložitejších problémov, ktoré v štúdii uvádzame.“

Tým sa dramaticky znižuje bariéra pre vstup do tejto oblasti výskumu.Táto inovácia znamená, že veľká časť problémov, ktoré boli doteraz považované za „výpočtovo zložité“, boli v skutočnosti skôr „procedurálne zložité“. Problémom nebola samotná simulácia, ale náročnosť jej prípravy.

Tento nový nástroj presúva zložité simulácie z klimatizovaných sál so superpočítačmi na bežné notebooky. Tým sa uvoľnia cenné zdroje superpočítačov pre skutočne extrémne problémy, ktoré majú viac stavov, než je atómov vo vesmíre. Najväčší prínos však spočíva v demokratizácii vedy.

Tým, že sa výkonné simulačné nástroje dostávajú do rúk študentov, akademikov na menších univerzitách a výskumníkov po celom svete, otvára sa priestor pre novú vlnu kreativity. Zvýšenie počtu „myslí pracujúcich na probléme“ môže exponenciálne urýchliť objavy spôsobmi, ktoré si dnes ešte nevieme ani predstaviť.

Zdroj: sciencedaily.com.

^{Zdroj Foto: depositphotos.com.}