A Skolkovo Tudományos és Technológiai Intézet orosz fizikusai új módszert dolgoztak ki, amely a kvantum és a klasszikus számítások kombinálásával lehetővé teszi a nagy kvantumrendszerek dinamikájának kiszámítását. A módszert sikeresen alkalmazták a magmágneses rezonancia problémáira.
Mint tudod, a körülöttünk lévő bármilyen tárgy atomokból áll, atomok pedig negatív töltésű elektronokból és pozitív töltésű magokból állnak. Sok atommag viszont apró mágnesek, amelyeket rádiófrekvenciás mágneses mező gerjeszthet, ezt a jelenséget nukleáris mágneses rezonancianak nevezik. Ezt a huszadik század első felében fedezték fel, és azóta felfedezéséért és alkalmazásáért öt Nobel-díjat kapott. Leghíresebb alkalmazása a mágneses rezonancia képalkotás.
A több mint fél évszázados történelem ellenére a nukleáris mágneses rezonancia elméletében még mindig vannak megoldatlan problémák. Az egyik a szilárd részecskékben levő nukleáris mágneses momentumok reakciójának kvantitatív becslése egy rádiófrekvencia-impulzus zavarására. Ez a probléma a sok kvantumrészecskéből álló rendszerek dinamikájának leírására vonatkozó általánosabb probléma különleges esete. Az ilyen rendszerek közvetlen számítógépes szimulálása óriási számítási erőforrásokat igényel, amelyeknek senki sem rendelkezik.
A sokrészecskes rendszerek leírásának megközelítő megközelítése a kvantumfizika felhasználása csak a rendszer központi részének modellezésére, míg a rendszer többi része klasszikusan van modellezve, vagyis kvantumszuperpozíciók nélkül. Ebben a megközelítésben azonban a kvantumdinamika és a klasszikus dinamika kombinálása nem triviális feladat ugyanazon kvantum-szuperpozíciók miatt: míg a klasszikus rendszer egyszerre csak egy állapotban van, a kvantumrendszer több állapotban is lehet egyszerre: nem világos, hogy melyik szuperpozícióban vannak, a rendszer kvantumrészének a klasszikusra gyakorolt hatása miatt.
A Skoltech kutatóinak, Grigory Starkov posztgraduális hallgatónak és Boris Fine professzornak sikerült hibrid számítási módszert javasolnia, amely ötvözi a kvantum és a klasszikus modellezést. Az ötlet az, hogy a kvantum szuperpozíciók átlagoló hatása a klasszikus környezetre kompenzálódjon anélkül, hogy a legfontosabb dinamikus összefüggéseket megszakítanánk. A módszert különféle rendszerekre alaposan tesztelték, mind a közvetlen numerikus számításokkal, mind pedig a kísérleti eredményekkel összehasonlítva. Várható, hogy a módszer jelentősen kibővíti a tudósok képességét a szilárd magok mágneses dinamikájának szimulálására, ami viszont elősegíti a komplex anyagok tanulmányozását nukleáris mágneses rezonancia módszerrel.
Alexander Ponomarev