Imaginați-vă un puzzle în care fiecare piesă le influențează pe toate celelalte. Cu cât sunt mai multe piese, cu atât soluția devine mai complexă, dacă nu chiar imposibilă. Aceasta este ceea ce se întâmplă atunci când oamenii de știință încearcă să modeleze particulele cuantice care interacționează, o provocare cunoscută sub numele de problema cuantică a corpului N. Această problemă este esențială pentru înțelegerea unor fenomene precum chimia avansată și supraconductivitatea. Până în prezent, au fost utilizate numeroase metode, însă compararea eficacității lor a fost dificilă. Recent, o echipă de cercetători a introdus V-score, un nou instrument care facilitează această comparație și ar putea transforma cercetarea în domeniul sistemelor cuantice. El a fost prezentat într-un articol publicat în revista Science.
Pentru a înțelege de ce aceste probleme sunt atât de complexe, imaginați-vă o mulțime de oameni în care fiecare individ îi influențează constant pe toți ceilalți. Fiecare mișcare modifică echilibrul întregului sistem. În sistemele cuantice, particulele (cum ar fi electronii sau atomii) interacționează între ele într-un mod similar, ceea ce face ca modelarea lor să fie extrem de dificilă pe măsură ce numărul lor crește. Rezolvarea acestor sisteme este esențială, deoarece starea lor fundamentală, adică starea lor de cea mai joasă energie, dezvăluie informații prețioase. Aceasta ne permite să determinăm ce materiale vor fi stabile și, eventual, să descoperim fenomene exotice precum superconductivitatea, care ar putea revoluționa consumul nostru de energie. Cu cât numărul de particule este mai mare, cu atât devine mai dificil de prezis comportamentul lor. Acest lucru este cunoscut sub numele de problemă cuantică cu N corpuri și aici oamenii de știință se lovesc de limitele de calcul.
De mai mulți ani, cercetătorii folosesc diverse metode pentru a aborda soluționarea problemelor cuantice cu N corpuri. Printre acestea se numără simulările Monte Carlo și rețelele tensoriale, care sunt instrumente matematice și computaționale puternice. Aceste tehnici pot fi utilizate pentru a găsi soluții aproximative la probleme, dar este dificil să se știe care este cea mai eficientă în fiecare situație. Provocarea constă în faptul că până în prezent nu a existat o metodă universală de comparare obiectivă a acestor abordări diferite. Fiecare avea avantajele și dezavantajele sale, dar era imposibil să se spună clar care dintre ele oferea cea mai precisă soluție.
Aici intervine V-score. Acest nou instrument, dezvoltat de o echipă de cercetători de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), oferă o modalitate simplă și coerentă de a compara performanța diferitelor metode de rezolvare a problemelor cuantice. V-score se bazează pe două criterii principale: energia unui sistem cuantic și fluctuațiile acestei energii. Scopul este de a minimiza acești doi parametri. Cu cât energia este mai mică și mai stabilă, cu atât soluția propusă este mai aproape de realitate. Scorul V combină aceste două informații pentru a oferi fiecărei metode un scor unic, astfel încât precizia lor să poată fi comparată în mod transparent. Datorită acestui instrument, cercetătorii pot ști în sfârșit care dintre numeroasele metode de calcul actuale funcționează cel mai bine pentru o anumită problemă.
Folosind V-score, cercetătorii au putut testa o gamă largă de sisteme cuantice, de la simple lanțuri de particule la rețele mult mai complexe, cunoscute sub numele de rețele frustrate, care sunt printre cele mai dificil de rezolvat. Ei au descoperit că unele sisteme, cum ar fi lanțurile unidimensionale, pot fi tratate relativ ușor folosind metodele existente, cum ar fi rețelele tensoriale. Aceste rezultate arată clar unde își ating limitele metodele actuale. De asemenea, ele evidențiază domeniile în care abordări mai avansate, precum rețelele neuronale sau circuitele cuantice, ar putea oferi soluții mult mai bune. Acest lucru este deosebit de promițător pentru viitorul calculului cuantic, care ar putea face posibilă rezolvarea unor probleme considerate în prezent de nerezolvat.
V-score nu numai că compară metodele actuale, ci oferă și o foaie de parcurs pentru viitor. Prin identificarea celor mai dificile sisteme de rezolvat și a metodelor care prezintă cele mai bune rezultate, acesta ajută la direcționarea eforturilor de cercetare către cele mai promițătoare tehnici. Acest lucru este esențial pentru industrii precum cea farmaceutică și energetică, care utilizează simulări cuantice pentru a dezvolta noi produse sau materiale.
Loading ...
