量子模拟技术突破：从超算到笔记本电脑
一项物理学突破将量子混沌转化为适合笔记本电脑运行的简化模型。
想象深入量子领域，那里难以想象的小粒子可以同时以超过万亿种可能的方式存在和相互作用。这听起来很复杂。为了理解这些令人费解的系统及其无数配置，物理学家通常需要借助强大的超级计算机或人工智能。
但现在，许多相同的问题可以通过普通笔记本电脑来处理。
某大学的研究人员迈出了重要一步。他们扩展了一种经济高效的计算技术——截断维格纳近似（TWA），这是一种简化量子数学的物理学捷径，使其能够处理曾被认为需要巨大计算能力的系统。
同样重要的是，他们的方法提供了一个实用、易于使用的TWA框架，让研究人员能够输入数据并在几小时内获得有意义的结果。
"我们的方法显著降低了计算成本，并大大简化了动力学方程的表述，"该研究的通讯作者表示，"我们认为这种方法在不久的将来可能成为在消费级计算机上探索这类量子动力学的主要工具。"
采用半经典方法
并非每个量子系统都能精确求解。这样做是不切实际的，因为随着系统变得更加复杂，所需的计算能力呈指数级增长。
相反，物理学家经常转向所谓的半经典物理学——一种折中方法，保留足够的量子行为以保持准确性，同时丢弃对结果影响很小的细节。
TWA就是这样一种可以追溯到1970年代的半经典方法，但仅限于孤立、理想化的量子系统，其中没有能量得失。
因此，研究团队将TWA扩展到现实世界中更混乱的系统，在这些系统中，粒子不断受到外力的推动和拉动，并将能量泄漏到周围环境中，这被称为耗散自旋动力学。
"在我们之前，许多团队都尝试过这样做。已知某些复杂的量子系统可以通过半经典方法有效解决，"研究人员表示，"然而，真正的挑战是使其易于访问和操作。"
简化量子动力学
过去，想要使用TWA的研究人员面临着复杂的障碍。每次将方法应用于新的量子问题时，他们都必须从头重新推导数学。
因此，研究团队将过去几页密集、几乎难以理解的数学转化为直接的转换表，将量子问题转化为可解的方程。
"物理学家基本上可以在一天内学会这种方法，大约到第三天，他们就能运行我们在研究中提出的一些最复杂的问题，"合作研究人员表示。
为重大问题节省超级计算资源
这项新方法有望将超级计算集群和AI模型留给真正复杂的量子系统。这些是无法用半经典方法解决的系统，不仅具有万亿种可能状态，而且具有比宇宙中原子数量更多的状态。
"许多看似复杂的东西实际上并不复杂，"研究人员表示，"物理学家可以将超级计算资源用于需要完整量子方法的系统，而用我们的方法快速解决其余问题。"
这项研究得到了国家科学基金会、德国研究基金会和欧盟的支持。
