Investigadores de la Universidad de Buffalo han logrado un importante avance en física cuántica que podría democratizar el acceso a técnicas informáticas complejas. Este avance se centra en un método computacional conocido como aproximación de Wigner truncada (TWA), que simplifica las complicadas matemáticas que a menudo se necesitan para comprender los sistemas cuánticos.
Tradicionalmente, la exploración de estos sistemas complejos, caracterizados por interacciones entre partículas inimaginablemente pequeñas, se ha basado en gran medida en potentes supercomputadoras o inteligencia artificial avanzada. Sin embargo, el reciente estudio del equipo de la UB, publicado en PRX Quantum, indica que muchas de estas dinámicas cuánticas ahora se pueden modelar de manera efectiva en una computadora portátil estándar, lo que marca un cambio transformador en la accesibilidad para los investigadores.
Jamir Marino, PhD, profesor asistente de física y autor correspondiente del estudio, destaca el menor costo computacional y la facilidad de aplicar su marco TWA recientemente refinado. «Nuestro enfoque ofrece costos computacionales significativamente más bajos y una formulación mucho más simple de las ecuaciones dinámicas», dijo. La colaboración de Marino incluye a antiguos alumnos de su época en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (Hossein Hosseinabadi y Oksana Chelpanova), que ahora trabaja como investigador postdoctoral en el laboratorio de Marino.
Históricamente, muchos sistemas cuánticos no podían modelarse con precisión y eficiencia debido al aumento exponencial de los recursos informáticos necesarios a medida que los sistemas se volvían más complejos. En respuesta, los físicos han recurrido a menudo a la física semiclásica, un método que preserva suficiente comportamiento cuántico para garantizar la precisión, evitando al mismo tiempo los detalles más pequeños que podrían complicar los cálculos.
Desarrollado en la década de 1970, el TWA se limitó inicialmente a sistemas cuánticos idealizados y aislados, pero tenía un alcance limitado. La investigación de Marino amplió TWA a los sistemas caóticos y variables típicos de la dinámica cuántica del mundo real, donde las partículas interactúan con fuerzas externas y pierden energía, fenómenos llamados dinámica de espín disipativa.
Marino señaló que si bien varios equipos han intentado ampliar el TWA, el desafío ha sido hacerlo accesible y sencillo para los investigadores. Su equipo abordó la complejidad convirtiendo derivaciones matemáticas previamente complicadas en una tabla de conversión fácil de usar. Esta innovación permite a los físicos traducir varios problemas cuánticos en ecuaciones solucionables de manera más eficiente.
Chelpanova destacó la facilidad con la que los nuevos usuarios pueden adaptarse a este método, señalando que los físicos pueden comprenderlo en tan solo un día y abordar problemas cuánticos complejos poco después.
El avance tiene el potencial de aliviar la carga sobre las supercomputadoras y los modelos de IA, que es mejor reservar solo para los sistemas cuánticos más desafiantes: sistemas que superan el billón de estados potenciales o que de otro modo son inmanejables con enfoques semiclásicos.
Marino resumió la esencia del descubrimiento, sugiriendo que “mucho de lo que parece complicado en realidad no lo es”. Este nuevo método proporciona a los físicos una herramienta práctica para la resolución rápida de problemas, permitiéndoles implementar recursos de supercomputación para abordar sólo los desafíos cuánticos más complejos, dando un notable paso adelante en la accesibilidad y eficiencia de la investigación cuántica.
