Kuantum Gizemlerini Süper Bilgisayarlar Olmadan Çözmenin Bir Yolu.

Fizikçiler, Kuantum Gizemlerini Süper Bilgisayarlar Olmadan Çözmenin Bir Yolunu Buldu

Buffalo Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, “kesilmiş Wigner yaklaşımı” olarak bilinen güçlü ve uygun maliyetli bir kuantum modelleme yönteminde ilerleme kaydetti.

Geliştirdikleri yeni versiyon, artık karmaşık, gerçek dünyadan kuantum problemlerini sıradan dizüstü bilgisayarlarda çözebiliyor. Bu buluş, üst düzey kuantum simülasyonlarını daha hızlı, daha ucuz ve dünyanın her yerindeki bilim insanları için erişilebilir hale getirebilir.

Kuantum Karmaşıklığına Ulaşmak

Maddenin derinliklerine, kuantum seviyesine baktığınızı hayal edin; inanılmaz derecede küçük parçacıkların aynı anda bir trilyondan fazla farklı şekilde etkileşime girebildiği bir seviye.

Bu tür bir karmaşıklık baş döndürücüdür. Bunu anlamlandırmak için fizikçiler, genellikle bu kuantum sistemlerinin nasıl davrandığını ve evrildiğini simüle etmek için güçlü süper bilgisayarlara veya yapay zekaya bağımlıdır.

Peki ya bu simülasyonların birçoğu sıradan bir dizüstü bilgisayar kullanılarak yapılabilseydi?

Bilim insanları bunun teoride mümkün olduğunu uzun zamandır düşünüyordu, ancak bu fikri pratik bir şeye dönüştürmenin gerçekleşmesi çok daha uzun sürdü.

Kuantum Kaosunu Basitleştirmek

Buffalo Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, artık bu hedefi ulaşılabilir kıldı. “Kesilmiş Wigner yaklaşımı” (TWA) olarak bilinen, temelde kuantum matematiğini basitleştiren bir fizik kısayolu olan uygun maliyetli bir hesaplama tekniğini, bir zamanlar muazzam bilgi işlem gücü gerektirdiği düşünülen karmaşık problemleri ele almak için kullanılabilecek şekilde genişlettiler.

Aynı derecede önemli olan, Eylül ayında PRX Quantum dergisinde yayınlanan bir çalışmada anlatılan yeni TWA versiyonları, araştırmacıların verilerini girebileceği ve güvenilir sonuçları sadece birkaç saat içinde üretebileceği net, erişilebilir bir çerçeve sunuyor.

Kuantum Araçları Erişilebilir Kılmak

“Yaklaşımımız, önemli ölçüde daha düşük bir hesaplama maliyeti ve dinamik denklemlerin çok daha basit bir formülasyonunu sunuyor,” diyor çalışmanın iletişimden sorumlu yazarı, UB Fen Edebiyat Fakültesi’nde fizik yardımcı doçenti Dr. Jamir Marino. “Bu yöntemin, yakın gelecekte, bu tür kuantum dinamiklerini keşfetmek için tüketici sınıfı bilgisayarlardaki birincil araç haline gelebileceğini düşünüyoruz.”

Kuantum Sınırını Genişletmek

Her kuantum sistemi tam olarak çözülemez. Bunu yapmak pratik değildir, çünkü gereken bilgi işlem gücü, sistem karmaşıklaştıkça katlanarak büyür.

Bunun yerine, fizikçiler genellikle “yarı-klasik fizik” olarak bilinen, sonucu etkilemeyen ayrıntıları eleyerek doğru kalacak kadar kuantum davranışını koruyan bir orta yol yaklaşımına başvurur.

Yarı-Klasik Fiziğin Gücü

TWA, 1970’lere dayanan ancak enerji kazanılmayan veya kaybedilmeyen, yalıtılmış, idealize edilmiş kuantum sistemleriyle sınırlı olan böyle bir yarı-klasik yaklaşımdır.

Bu nedenle Marino’nun ekibi, TWA’yı parçacıkların sürekli dış kuvvetlerle itilip çekildiği ve enerjilerini çevrelerine sızdırdığı, bir diğer deyişle “sönümlü spin dinamikleri” olarak bilinen gerçek dünyada bulunan daha dağınık sistemlere genişletti.

“Karmaşıklığı Netliğe Dönüştürmek”

Geçmişte, TWA kullanmak isteyen araştırmacılar bir karmaşıklık duvarıyla karşı karşıya kalıyordu. Yöntemi yeni bir kuantum problemine uyguladıkları her seferde matematiği sıfırdan yeniden türetmek zorundaydılar.

Bu yüzden Marino’nun ekibi, eskiden sayfalarca süren yoğun, neredeyse içinden çıkılmaz matematiği, bir kuantum problemini çözülebilir denklemlere çeviren anlaşılır bir dönüşüm tablosuna dönüştürdü.

“Süper Bilgisayarları Zor İşler İçin Serbest Bırakmak”
Yeni yöntemin, süper bilgisayar kümelerini ve yapay zeka modellerini, gerçekten karmaşık olan kuantum sistemleri için saklayacağı umuluyor. Bunlar, yarı-klasik bir yaklaşımla çözülemeyen sistemlerdir. Sadece bir trilyon olası durumu değil, evrendeki atom sayısından daha fazla durumu olan sistemler.

“Karmaşık görünen şeylerin çoğu aslında karmaşık değildir,” diyor Marino. “Fizikçiler, tam teşekküllü bir kuantum yaklaşımı gerektiren sistemlerde süper bilgisayar kaynaklarını kullanabilir ve geri kalanını bizim yaklaşımımızla hızlıca çözebilir.”

Kaynak. Yazar: Tom Dinki, University at Buffalo
Haber Veriyoruz