Ученые придумали, как соединить квантовую физику с классической

Физики из Сколтеха придумали новый метод, позволяющий рассчитывать динамику больших квантовых систем. В его основу положена идея о совмещении квантовых вычислений с классическими.

10.5K

Выбор редакции

Метод успешно применен к задачам ядерного магнитного резонанса. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review B.

 

Любой материальный объект вокруг нас состоит из атомов, а атомы из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных ядер. Многие атомные ядра, в свою очередь, являются крошечными магнитами, которые могут возбуждаться под воздействием радиочастотного магнитного поля.

 

Это явление известно как «ядерный магнитный резонанс» (ЯМР). Оно было открыто в первой половине XX века. Пять нобелевских премий было получено с тех пор за открытие и применения ЯМР, наиболее известное из которых магнито-резонансная томография (МРТ).

 

Несмотря на более чем полувековую историю, в теории ЯМР до сих пор остаются нерешенные проблемы. Одна из них количественное предсказание отклика ядерных магнитных моментов в твердых телах на возмущение радиочастотным импульсом.

 

Этот вопрос частный случай более общей проблемы описания динамики систем, состоящих из большого количества квантовых частиц. Прямое компьютерное моделирование таких систем требует огромных вычислительных ресурсов, которыми никто на Земле не обладает.

 

Привлекательный приближенный подход к описанию многочастичных систем это использование квантовой физики только для моделирования центральной части системы, в то время как оставшаяся часть моделируется классически, то есть без квантовых суперпозиций.

 

Однако в таком подходе совмещение квантовой динамики с классической является нетривиальной задачей из-за тех же квантовых суперпозиций: в то время как классическая система в каждый момент времени пребывает только в одном состоянии, квантовая может быть в нескольких состояниях одновременно  как кот Шредингера, который то ли жив, то ли мертв.

 

Как следствие, непонятно, каким из состояний в суперпозиции обусловлено действие квантовой части системы на классическую.

 

Исследователям из Сколтеха аспиранту Григорию Старкову и профессору Борису Файну удалось преодолеть трудности и предложить гибридный вычислительный метод, совмещающий в себе квантовое моделирование с классическим.

 

«Идея метода, поясняет Григорий Старков, состоит в том, чтобы компенсировать влияние усредняющего эффекта квантовых суперпозиций на классическое окружение, не нарушая наиболее важных динамических корреляций».

 

Предложенный метод был тщательно протестирован для различных систем как путем сравнения с прямыми численными расчетами, так и непосредственно с результатами экспериментов.

 

Ожидается, что метод существенно расширит возможности ученых по моделированию магнитной динамики ядер в твердых телах, что, в свою очередь, поможет изучать сложные материалы методами ЯМР.

 

«Эта работа стала результатом многолетних усилий. За последние 70 лет много групп по всему миру пытались делать такие расчеты. Нам удалось продвинуться дальше остальных, комментирует Борис Файн. Мы очень надеемся, что наш гибридный подход найдет широкое применение как в ЯМР, так и за его пределами».

Naked Science Facebook VK Twitter
Сколтех
44Статьи
Негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института.
10.5K
Комментарии
Аватар пользователя Илья Ведмеденко
8 ч
А давайте попытаемся выражать свою точку зрения без...
Аватар пользователя Алексей Грибалев
8 ч
Один борей всю эту хуиту потопит вместе со всей...
Аватар пользователя Михаил Лещ
10 ч
Убогие инженеры с интеллектом значительно ниже чем у...

Колумнисты

Физтех
114Статей
Сколтех
44Статьи
Discovery Channel
32Статьи
Комментарии
Жар птица с квантовым оперением давно была , а вам слабо ?
Как только из уст ученого вы услышите, что при расчете сил, скоростей используется принцип суперпозиции это означает, что перед вами ученый - само невежество. Почему? Скорости и силы в физике не складываются по правилам математики, по теореме косинусов. Приведу очень кратко доказательство, на состоятельности которого может убедиться каждый.
Во-первых, силы выходящие из одной точки под углом не могут действовать на другую точку, а только на тело имеющей геометрию.
Во-вторых, если отложить по осям X и Y силы придающие телу одинаковое ускорение, то сложение этих даст сумму в два раза меньшую чем по теореме Пифагора или если мы сложим n-ое количество сил каждая из которых дает телу одинаковое ускорение то будет равнозначно действию одной из этих сил или если среди сил одна дает большее ускорение, сумма сил будет равна действию большей силы при одномоментности действия сил.
Рассмотрим второй случай когда, каждая сил не способна давать телу ускорение, а только совместное действие сил дает телу ускорение. В этом случае мы не можем знать исходное значение каждой силы, нечего складывать, к тому же если тело А придает другому телу В ускорение, то само тело А теряет ускорение, следовательно сила которое придает телу ускорение (!) ВСЕГДА больше силы с которой движется тело. ( Уравнение реактивного движения Мещерского несостоятельно, как и третий закон Ньютона)
В квантовой механике, в которой, собственно, и используется упомянутый принцип суперпозиции, для описания системы используется та самая волновая функция которая описывает всё. И уже из нее получают и силы, и координаты, и импульс и что угодно если вы корректно зададите оператор представления в нужном вам виде. Суперпозиция касается именно волновой функции, а не ее представлений...
Скрестить мнимую муху со слоном это чего такого курнуть надо

Быстрый вход

Или авторизуйтесь с помощью:

на сайте, чтобы оставить комментарий.
Вы сообщаете об ошибке в следующем тексте:
Нажмите Отправить ошибку