Dopasowywanie funkcji falowych rewolucjonizuje badanie kwantowych układów wielu ciał, umożliwiając naukowcom wykonywanie wcześniej niemożliwych obliczeń poprzez dostosowywanie interakcji na krótkich dystansach.
Technika ta umożliwia dokładne symulacje lekkich jąder, jąder o średniej masie, materii neutronów i materii jądrowej, ściśle dopasowując dane empiryczne dotyczące właściwości jądrowych. Ten przełom jest korzystny nie tylko w obliczenia kwantowe ale także w klasycznych zastosowaniach obliczeniowych.
Kwantowe systemy wielu ciał
Kwantowe układy wielociałowe są niezwykle złożone i stanowią poważne wyzwanie nawet dla najbardziej zaawansowanych komputerów. Naukowcy często posługują się tzw od początku podejście do analizy tych systemów, które rozkłada złożone systemy na podstawowe komponenty i ich interakcje. Jednak pewne od początku metody napotykają poważne wyzwania obliczeniowe przy realistycznych interakcjach. Dopasowywanie funkcji falowych oferuje nowatorskie rozwiązanie polegające na modyfikowaniu interakcji cząstek na krótkich dystansach w celu dostosowania ich funkcji falowych stanu kwantowego do funkcji falowych interakcji, które są bardziej obliczalne. Korekta ta ułatwia rozwiązywanie wcześniej niemożliwych obliczeń.
Badanie metody dopasowywania funkcji falowych
W ramach tych badań naukowcy wdrożyli dopasowywanie funkcji falowych, aby przeprowadzić symulacje sieci z wykorzystaniem realistycznych interakcji. Przetestowali tę metodę na lekkich jądrach, jądrach o średniej masie, materii neutronów i materii jądrowej, uzyskując wyniki teoretyczne, które są ściśle zgodne z danymi empirycznymi dotyczącymi wielkości, struktury i energii wiązania jądrowego. Metoda ta nie tylko umożliwia obliczenia wcześniej niewykonalne, ale ma również szerokie zastosowanie zarówno w obliczeniach klasycznych, jak i kwantowych.
Implementacja pierwszych zasad w obliczeniach kwantowych
Badacze stosujący metody kwantowych układów wielu ciał, które zaczynają od pierwszych zasad, często stwierdzają, że mogą wykonywać obliczenia przy użyciu prostej przybliżonej interakcji, ale realistyczne interakcje o wysokiej wierności nie są możliwe ze względu na problemy obliczeniowe. W badaniu tym wprowadzono nowe podejście zwane dopasowaniem funkcji falowej, które rozwiązuje ten problem za pomocą operacji. Dopasowanie funkcji falowej usuwa krótkodystansową część interakcji o wysokiej wierności i zastępuje ją krótkodystansową częścią łatwo obliczalnej interakcji.
Osiągnięcia i zastosowania nowych badań
Transformacja ta odbywa się w sposób zachowujący wszystkie ważne właściwości pierwotnej interakcji. Ponieważ nowe funkcje falowe wyglądają jak te z łatwej do obliczenia interakcji, obliczenia można teraz wykonywać przy użyciu łatwo obliczonej interakcji wraz ze standardową procedurą obsługi małych poprawek zwaną teorią zaburzeń. Naukowcy zastosowali to nowe podejście do symulacji sieci dla lekkich jąder, jąder o średniej masie, materii neutronowej i materii jądrowej.
Więcej informacji na temat tych badań można znaleźć w artykule Międzynarodowy zespół rozwiązujący długotrwały problem fizyczny.
Odniesienie: „Dopasowanie funkcji falowej do rozwiązywania kwantowych problemów wielu ciał” autorstwa Serdara Elhatisariego, Lukasa Bovermanna, Yuan-Zhuo Ma, Evgeny’ego Epelbauma, Dillona Frame, Fabiana Hildenbranda, Myungkuka Kima, Youngmana Kima, Hermanna Krebsa, Timo A. Lähde, Deana Lee , Ning Li, Bing-Nan Lu, Ulf-G. Meißner, Gautam Rupak, Shihang Shen, Young-Ho Song i Gianluca Stellin, 15 maja 2024 r., Natura.
DOI: 10.1038/s41586-024-07422-z
Badania te zostały sfinansowane przez Biuro Naukowe Departamentu Energii oraz szeroką gamę organizacji niemieckich, koreańskich, tureckich, chińskich i innych. Pełną listę źródeł finansowania można znaleźć w artykule Natura.
