Czytaj też: Eksperyment ukazał nowe zjawisko kwantowe. Czym jest długo poszukiwany quadsqueezing?
Do tej pory podobne działania były poza zasięgiem nawet najpotężniejszych superkomputerów, dlatego sprawy przybierają wyjątkowo ciekawy obrót. Jak się dowiedziałem, poczynione postępy mogłyby zaowocować na przykład rozwojem komputerów kwantowych, powstaniem nowych leków czy zaawansowanych materiałów stosowanych w sektorze energetycznym.
Problem “niemożliwych“ materiałów i ratunek ze strony nowego algorytmu
Materiały kwantowe należą do najbardziej skomplikowanych układów znanych nauce. Ich właściwości zależą od subtelnych oddziaływań między ogromną liczbą cząstek, co sprawia, że ich symulacja wymaga przetwarzania gigantycznych ilości danych. W wielu przypadkach liczba zmiennych przekracza możliwości klasycznych komputerów.
Przykładem są kwazikryształy czy struktury moiré powstające poprzez skręcanie warstw grafenu. Takie układy mogą wykazywać niezwykłe właściwości, jak nadprzewodnictwo, lecz ich dokładne modelowanie było dotąd niemal niewykonalne. W praktyce oznaczało to, że naukowcy często działali metodą prób i błędów, zamiast precyzyjnie projektować materiały o pożądanych cechach.
Czytaj też: Korzystamy z nich od dekad, a i tak kryły nieznane właściwości. Sam się zdziwiłem naturą tych materiałów
Nowe rozwiązanie wykorzystuje podejście znane jako sieci tensorowe, a więc zaawansowaną metodę matematyczną pozwalającą skompresować ogromne przestrzenie obliczeniowe. Dzięki temu algorytm potrafi analizować struktury, które wcześniej wymagałyby niewyobrażalnej mocy obliczeniowej. W jednym z przykładów badaczom udało się zasymulować kwazikryształ zawierający ponad 268 milionów elementów. Taka skala działania do tej pory była całkowicie poza zasięgiem klasycznych metod. Najbardziej imponujące jest jednak tempo działania. Obliczenia, które wcześniej trwałyby tygodnie lub były wręcz niemożliwe do wykonania, teraz można przeprowadzić w ciągu sekund lub minut.
Dlaczego w ogóle mamy się tym interesować?
Nie byłbym sobą, gdyby nie wyraził delikatnego sceptycyzmu. No bo postęp postępem, ale co będziemy z niego realnie mieli? Zdaniem ekspertów materiały kwantowe są fundamentem przyszłych technologii, a ich lepsze zrozumienie może otworzyć drogę do tworzenia stabilniejszych komputerów kwantowych, projektowania nowych leków poprzez symulacje molekularne, opracowania wydajniejszych baterii i paneli słonecznych czy rozwoju technologii energetycznych oraz klimatycznych.
Źródło: Eureka Alert, Physical Review Letters
