التقدم في تبسيط الديناميات الكمومية باستخدام طريقة تقريب ويجنر المقتطعة

تعد دراسة الأنظمة الكمومية وتفسيرها من أصعب التحديات التي يواجهها الفيزيائيون اليوم. لقد اعتمد العلماء على الحواسيب الفائقة والذكاء الاصطناعي لفك تعقيدات هذه الأنظمة وحساباتها الضخمة. لكن، ماذا لو كان بإمكان حاسوب محمول عادي معالجة العديد من هذه المشاكل؟

التحدي في معالجة الأنظمة الكمومية

الأنظمة الكمومية تتمتع بتعقيد شديد، حيث تتطلب حسابات هائلة لا يمكن تحقيقها إلا باستخدام أجهزة حاسوب فائقة القدرة. هذه الأنظمة تتضمن عددًا لا يحصى من التكوينات المحتملة، مما يزيد من صعوبة معالجتها باستخدام الوسائل التقليدية.

أحد الحلول التي تبناها الفيزيائيون هو استخدام الفيزياء شبه الكلاسيكية، التي تعتبر حلاً وسطًا يحافظ على بعض السلوكيات الكمومية بينما يتجاهل التفاصيل التي لا تؤثر بشكل كبير على النتيجة النهائية.

الخطوات الجديدة في جامعة بافالو

اتخذ الباحثون في جامعة بافالو خطوة كبيرة نحو تبسيط معالجة الأنظمة الكمومية. من خلال توسيع تقنية تقريب ويجنر المقتطعة (TWA)، تمكنوا من معالجة الأنظمة التي كانت تتطلب سابقًا قوة حوسبة هائلة.

تقنية TWA هي نهج شبه كلاسيكي يعود تاريخه إلى السبعينيات، لكنها كانت محدودة في قدرتها على التعامل مع الأنظمة الكمومية المعزولة والمثالية فقط. بفضل جهود فريق البحث، أصبحت TWA قادرة على معالجة الأنظمة الأكثر تعقيدًا والأكثر واقعية حيث تتأثر الجسيمات بالقوى الخارجية وتفقد الطاقة إلى محيطها.

تسهيل استخدام TWA

في السابق، كان استخدام TWA يتطلب إعادة صياغة الرياضيات لكل مشكلة جديدة، وهو ما كان يمثل عائقًا رئيسيًا للباحثين. أما الآن، فقد قام فريق البحث بتحويل الحسابات المعقدة إلى جداول تحويل بسيطة، مما يسهل على الفيزيائيين تعلم الطريقة بسرعة وبدء استخدامها في تحليل المشاكل الكمومية.

كما أوضح الباحثون، يمكن للفيزيائيين تعلم هذا النهج في يوم واحد، وخلال بضعة أيام يمكنهم بدء معالجة بعض المشاكل الأكثر تعقيدًا التي تم تقديمها في الدراسة.

استخدام الحواسيب الفائقة للأبحاث الأكثر تعقيدًا

الهدف الرئيسي من هذا النهج الجديد هو توفير الوقت والموارد التي تتطلبها الحواسيب الفائقة للأبحاث الأكثر تعقيدًا التي لا يمكن حلها باستخدام النهج شبه الكلاسيكي. هذه الأنظمة تتضمن عددًا هائلًا من الحالات التي تتجاوز عدد الذرات في الكون.

يعتقد الباحثون أن الكثير من المشاكل التي تبدو معقدة يمكن حلها بسرعة باستخدام النهج الجديد، مما يتيح للحواسيب الفائقة التركيز على الأنظمة التي تتطلب نهجًا كموميًا كاملًا.

الخاتمة

لقد حقق الباحثون في جامعة بافالو تقدمًا كبيرًا في تبسيط الديناميات الكمومية باستخدام تقنية تقريب ويجنر المقتطعة. من خلال توسيع هذه التقنية لتشمل الأنظمة الواقعية الأكثر تعقيدًا، تمكنوا من فتح آفاق جديدة للباحثين في مجال الفيزياء الكمومية. يعد هذا النهج خطوة كبيرة نحو فهم أفضل للأنظمة الكمومية المعقدة باستخدام أدوات بسيطة ومتاحة للجميع.