Fisikawan Rusia dari Institut Sains dan Teknologi Skolkovo telah mengembangkan metode baru yang memungkinkan, dengan menggabungkan komputasi kuantum dan klasik, menghitung dinamika sistem kuantum besar. Metode tersebut telah berhasil diterapkan pada masalah resonansi magnetik nuklir.
Seperti yang Anda ketahui, benda material di sekitar kita terdiri dari atom, dan atom - dari elektron bermuatan negatif dan inti bermuatan positif. Banyak inti atom, pada gilirannya, adalah magnet kecil yang dapat dieksitasi oleh medan magnet frekuensi radio, sebuah fenomena yang dikenal sebagai resonansi magnetik nuklir. Itu ditemukan pada paruh pertama abad kedua puluh dan sejak itu, untuk penemuan dan penerapannya, lima hadiah Nobel telah diterima. Penerapannya yang paling terkenal adalah pencitraan resonansi magnetik.
Terlepas dari sejarah lebih dari setengah abad, masih ada masalah yang belum terpecahkan dalam teori resonansi magnetik nuklir. Salah satunya adalah prediksi kuantitatif respons momen magnetik nuklir dalam padatan terhadap gangguan oleh pulsa frekuensi radio. Masalah ini adalah kasus khusus dari masalah yang lebih umum dalam mendeskripsikan dinamika sistem yang terdiri dari sejumlah besar partikel kuantum. Simulasi komputer langsung dari sistem semacam itu membutuhkan sumber daya komputasi yang sangat besar yang tidak dimiliki siapa pun.
Pendekatan perkiraan untuk mendeskripsikan sistem banyak partikel adalah dengan menggunakan fisika kuantum hanya untuk memodelkan bagian tengah sistem, sedangkan bagian sistem lainnya dimodelkan secara klasik, yaitu, tanpa superposisi kuantum. Namun, dalam pendekatan ini, menggabungkan dinamika kuantum dengan yang klasik adalah tugas nontrivial karena superposisi kuantum yang sama: sementara sistem klasik hanya dalam satu kondisi pada satu waktu, sistem kuantum dapat berada dalam beberapa kondisi secara bersamaan: tidak jelas yang mana dari status dalam superposisi karena aksi bagian kuantum dari sistem pada sistem klasik.
Peneliti Skoltech, mahasiswa pascasarjana Grigory Starkov dan Profesor Boris Fine, telah berhasil mengusulkan metode komputasi hybrid yang menggabungkan pemodelan kuantum dan klasik. Idenya adalah untuk mengkompensasi efek rata-rata efek superposisi kuantum pada lingkungan klasik tanpa merusak korelasi dinamis yang paling penting. Metode tersebut telah diuji secara menyeluruh untuk berbagai sistem, baik dengan perbandingan dengan perhitungan numerik langsung, maupun secara langsung dengan hasil eksperimen. Diharapkan metode ini secara signifikan akan memperluas kemampuan para ilmuwan untuk mensimulasikan dinamika magnetis inti dalam padatan, yang pada gilirannya akan membantu mempelajari bahan kompleks menggunakan metode resonansi magnetik nuklir.
Alexander Ponomarev
