Krievu fiziķi no Skolkovo Zinātnes un tehnoloģijas institūta ir izstrādājuši jaunu metodi, kas ļauj, apvienojot kvantu un klasiskos aprēķinus, aprēķināt lielo kvantu sistēmu dinamiku. Metode ir veiksmīgi piemērota kodolmagnētiskās rezonanses problēmām.
Kā jūs zināt, jebkurš materiālais objekts ap mums sastāv no atomiem, bet atomi - no negatīvi lādētiem elektroniem un pozitīvi lādētiem kodoliem. Daudzi atomu kodoli savukārt ir niecīgi magnēti, kurus var ierosināt ar radiofrekvences magnētisko lauku - parādību, kas pazīstama kā kodolmagnētiskā rezonanse. Tas tika atklāts divdesmitā gadsimta pirmajā pusē, un kopš tā laika par tā atklāšanu un piemērošanu ir saņemtas piecas Nobela prēmijas. Tās slavenākais pielietojums ir magnētiskās rezonanses attēlveidošana.
Neskatoties uz vairāk nekā pusgadsimta vēsturi, kodolmagnētiskās rezonanses teorijā joprojām pastāv neatrisinātas problēmas. Viens no tiem ir cietvielu kodolmagnētisko momentu reakcijas kvantitatīva prognoze uz traucējumiem ar radiofrekvences impulsu. Šī problēma ir īpašs gadījums vispārīgākai problēmai, aprakstot sistēmu dinamiku, kas sastāv no liela skaita kvantu daļiņu. Šādu sistēmu tiešai datorsimulācijai nepieciešami milzīgi skaitļošanas resursi, kuru nevienam nav.
Aptuvena pieeja daudzdaļiņu sistēmu aprakstīšanai ir kvantu fizikas izmantošana tikai sistēmas centrālās daļas modelēšanai, savukārt pārējā sistēma tiek modelēta klasiski, tas ir, bez kvantu superpozīcijām. Tomēr šajā pieejā kvantu dinamikas apvienošana ar klasisko nav uzskatāma par triviālu uzdevumu tādu pašu kvantu superpozīciju dēļ: kamēr klasiskā sistēma vienlaikus ir tikai vienā stāvoklī, kvantu sistēma var būt vairākos stāvokļos vienlaikus: nav skaidrs, kurš no stāvokļi superpozīcijā, pateicoties sistēmas kvantu daļas iedarbībai uz klasisko.
Skoltech pētniekiem, doktorantam Grigorijam Starkovam un profesoram Borisam Sēnam ir izdevies ierosināt hibrīdu aprēķina metodi, kas apvieno kvantu un klasisko modelēšanu. Ideja ir kompensēt kvantu superpozīciju vidējās ietekmes ietekmi uz klasisko vidi, neizjaucot vissvarīgākās dinamiskās korelācijas. Metode ir rūpīgi pārbaudīta dažādām sistēmām, gan salīdzinot ar tiešiem skaitliskiem aprēķiniem, gan tieši ar eksperimentāliem rezultātiem. Paredzams, ka metode ievērojami paplašinās zinātnieku iespējas simulēt cietās daļās esošo kodolu magnētisko dinamiku, kas, savukārt, palīdzēs izpētīt sarežģītus materiālus, izmantojot kodolmagnētiskās rezonanses metodes.
Aleksandrs Ponomarevs