Ученые Сколковского института науки и технологий (Сколтеха) разработали новый метод для расчета динамики больших квантовых систем, то есть систем, состоящих из микрообъектов, таких как фотоны или электроны, для чего соединили принципы квантовой и классической физики. Аналогичные вычисления невозможно провести на современных компьютерах, так как ни один из них не обладает нужными ресурсами. Об этом сообщает пресс-служба вуза.

"Физики из Сколтеха придумали новый метод, позволяющий рассчитывать динамику больших квантовых систем. В основу метода положена идея о совмещении квантовых вычислений с классическими. Метод успешно применен к задачам ядерного магнитного резонанса. Исследование было поддержано грантом Российского научного фонда", - говорится в сообщении.

Любой материальный объект состоит из атомов, а атомы - из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных ядер. Многие атомные ядра, в свою очередь, являются крошечными магнитами, которые приходят в движение под воздействием магнитного поля. Это явление, открытое в первой половине XX века, известно как ядерный магнитный резонанс (ЯМР), наиболее известным из способов его применения стала магнитно-резонансная томография (МРТ).

Одна из проблем в теории ЯМР, которая до сих пор остается нерешенной, - как научиться предсказывать отклик ядер в твердых телах при воздействии на них магнитным полем. Эта проблема является частным случаем более общей проблемы описания динамики систем, состоящих из большого количества квантовых частиц. Прямое компьютерное моделирование в этих случаях требует огромных вычислительных ресурсов, которых в настоящее время нет ни у кого на Земле.

В качестве одного из способов решения этой проблемы ученые предложили использовать квантовую физику только для моделирования центральной части системы, в то время как оставшаяся часть моделируется классическими методами. Однако совмещение квантовой динамики с классической является сложной задачей, например, в то время как классическая система в каждый момент времени пребывает только в одном состоянии, квантовая система может быть в нескольких состояниях одновременно.

Аспиранту Григорию Старкову и профессору Борису Файну, удалось преодолеть трудности и предложить гибридный вычислительный метод, совмещающий в себе квантовое моделирование с классическим. "Эта работа стала результатом многолетних усилий, за последние 70 лет много групп по всему миру пытались делать такие расчеты. Нам удалось продвинуться дальше остальных. Мы очень надеемся, что наш гибридный подход найдет широкое применение как в ЯМР, так и за его пределами", - сказал Файн.

Похожие новости

  • 14/12/2018

    Грантополучатели РНФ в программе России-24 «Наука»

    Несколько дней назад вручили Нобелевскую премию за исследования в области лазерной физики. В России тоже успешно работают в этой области. Так, Лаборатория лазерного воздействия Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН Михаила Аграната разработала и совершенствует фемтосекундный лазерный скальпель – оптический пинцет, который работает в бесконтактном режиме и помогает с генетической диагностикой эмбриона, если ему от родителей передались какие-то аномалии.
    827
  • 06/11/2018

    Российские физики разработали новую микроволновую антенну

    ​Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН предложили новую микроволновую антенну, которая создает однородное магнитное поле в большом объеме и позволяет синхронизировать электронные спины группы дефектов в структуре наноалмаза.
    333
  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    737
  • 06/03/2019

    Российские ученые научились «разряжать» грозовые облака

    ​Российские физики научились высекать молнию из грозового облака до того, как оно приблизится к взрыво- или пожароопасному объекту. Опыты проводились с помощью искусственных грозовых ячеек, куда вводили модельные гидрометеоры.
    188
  • 20/07/2018

    Физики из России создали «лампочку» из оптоволокна, работающую в космосе

    ​Российские ученые создали прототип оптоволоконных источников света, способных работать в космосе и не разрушаться под действием радиации. "Инструкции" по их сборке были опубликованы в Journal of Lightwave Technology.
    367
  • 10/09/2018

    Физики изучили свойства плазмонов в наноструктурированном графене

    Группа ученых из России и Австрии продемонстрировала, что взаимодействие между плазмонными колебаниями в наноструктурированном графене приводит к сильному сдвигу спектра поглощения света в дальнем инфракрасном диапазоне.
    620
  • 06/06/2018

    Луч-бублик поможет в создании наноиглы для миниатюрной электроники

    ​Найден способ создавать сверхтонкие элементы наноэлектроники при помощи лазерных лучей в форме бублика. Новая технология поможет уменьшить элементы на микросхемах до размеров нескольких десятков атомов, что в десять раз меньше, чем возможно сегодня.
    292
  • 09/08/2018

    Ученые разработали микрокапсулы с квантовыми точками для диагностики рака

    Ученые Лаборатории нано-биоинженерии Инженерно-физического института биомедицины Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" Галина Нифонтова, Мария Звайзгне, Мария Барышникова и Игорь Набиев в сотрудничестве с исследователями из МФТИ, Института экспериментальной медицины Макса Планка (Германия) и Реймского университета Шампань-Арденн (Франция) разработали полиэлектролитные микрокапсулы со встроенными квантовыми точками, которые могут использоваться для диагностики и лечения онкологических заболеваний.
    361
  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    332
  • 16/10/2018

    Профессор Ильдар Габитов: электроника зашла в тупик

    ​Фотонный компьютер, Wi-Fi из лампочки, материалы-невидимки, боевые лазеры и сверхчувствительные сенсоры... Все это плоды одной и той же науки - фотоники. О том, почему именно свет сегодня стал объектом изучения чуть ли не для половины физиков во всем мире, "Огоньку" рассказал профессор Сколтеха Ильдар Габитов.
    433