Buffalo — InkDesign News — Pesquisadores da Universidade de Buffalo anunciaram uma descoberta inovadora publicada em setembro de 2024 na PRX Quantum: o aperfeiçoamento de uma técnica computacional acessível, capaz de resolver problemas quânticos antes restritos a supercomputadores, utilizando computadores pessoais comuns.
O Contexto da Pesquisa
No campo da física quântica, o estudo das dinâmicas de partículas extremamente pequenas desafia até os maiores supercomputadores. Métodos semiclassicos, empregados desde a década de 1970, buscavam uma abordagem intermediária—mantendo aspectos essenciais do comportamento quântico, mas simplificando o suficiente para reduzir o custo computacional. Dentre eles, a aproximação de Wigner truncada (TWA) sempre esteve limitada a sistemas ideais, isolados de influências externas.
Diante do crescimento exponencial da complexidade com o número de partículas, pesquisadores tradicionalmente recorreram a clusters de supercomputação ou inteligência artificial para simular cenários mais realistas. Cientistas já suspeitavam que tais problemas poderiam ser solucionados por métodos semiclassicos, caso fossem expandidos para lidar com sistemas dissipativos, nos quais partículas sofrem perdas constantes de energia para o ambiente.
Resultados e Metodologia
A equipe, liderada por Jamir Marino, PhD, agora professor assistente em Buffalo, conseguiu expandir a TWA para sistemas dissipativos, tornando a resolução matemática significativamente mais acessível. O trabalho agrupou equações complexas em uma tabela de conversão prática, permitindo que pesquisadores traduzam problemas quânticos em equações mais simples, capazes de rodar em laptops.
“Nossa abordagem oferece um custo computacional significativamente menor e uma formulação muito mais simples das equações dinâmicas”
(“Our approach offers a significantly lower computational cost and a much simpler formulation of the dynamical equations”)— Jamir Marino, Professor Assistente de Física, Universidade de Buffalo
Os testes demonstraram que, após um curto período de aprendizado, físicos podem aplicar a técnica em desafios complexos outrora restritos a supercomputadores. O artigo enfatiza também que a nova formulação elimina a necessidade de rederivação matemática a cada novo problema, agilizando pesquisas diversas.
“Físicos podem essencialmente aprender este método em um dia e, por volta do terceiro dia, já estão rodando alguns dos problemas mais complexos que apresentamos no estudo”
(“Physicists can essentially learn this method in one day, and by about the third day, they are running some of the most complex problems we present in the study”)— Oksana Chelpanova, Pesquisadora de Pós-Doutorado, Universidade de Buffalo
Implicações e Próximos Passos
O avanço promete democratizar o estudo de fenômenos quânticos, liberando recursos computacionais robustos para sistemas genuinamente insuperáveis pelos métodos semiclassicos, como aqueles com estados quânticos superiores ao número de átomos do universo observável.
Segundo Marino, a expectativa é que a nova técnica se torne o principal instrumento para exploração da dinâmica quântica em computadores comuns, permitindo à comunidade científica concentrar recursos de supercomputação em problemas sem solução semiclassica. O método também pode fomentar inovações em áreas como simulação de materiais e otimização de sistemas quânticos.
O estudo recebeu apoio da National Science Foundation, da Fundação Alemã de Pesquisa e da União Europeia. A equipe prevê novos testes e aplicações do método em sistemas quânticos progressivamente mais complexos.
Como próximos desdobramentos, especialistas apontam para o fortalecimento de colaborações entre físicos teóricos e especialistas em computação, visando explorar os limites da semiclassicidade e alavancar aplicações práticas em setores como computação quântica e novos materiais.
Fonte: (ScienceDaily – Ciência)
