Los físicos de Skoltech han inventado un nuevo método para calcular la dinámica de grandes sistemas cuánticos. Respaldado por una combinación de modelado cuántico y clásico, el método se ha aplicado con éxito a la resonancia magnética nuclear en sólidos. Los resultados del estudio se publicaron en Revisión física B .

Los objetos físicos que nos rodean consisten en átomos que, Sucesivamente, están formados por electrones cargados negativamente y núcleos cargados positivamente. Muchos de los núcleos atómicos son magnéticos; se pueden considerar como pequeños imanes, que puede excitarse por un campo magnético oscilante. Este fenómeno conocido como "resonancia magnética nuclear" (RMN) fue descubierto en la primera mitad de los 20 ^th siglo. Desde entonces se han otorgado cinco premios Nobel, primero para el descubrimiento y luego para diversas aplicaciones de la RMN, siendo la resonancia magnética (RM) la más destacada.

Aunque la RMN se descubrió hace más de 70 años, todavía tiene algunos espacios en blanco, como la predicción cuantitativa de la relajación de los momentos magnéticos nucleares en sólidos después de la excitación por RMN. Este es un caso particular que representa un problema más general de describir la dinámica de un gran número de partículas cuánticas que interactúan. La simulación cuántica directa ya está fuera de discusión para unos pocos cientos de partículas, porque requiere enormes recursos computacionales que no están disponibles para la humanidad.

Entonces es tentador explorar un enfoque aproximado basado en la simulación del núcleo de un sistema de muchas partículas utilizando dinámica cuántica, mientras trata el resto de forma puramente clásica, es decir, sin admitir superposiciones cuánticas. Sin embargo, Son precisamente las superposiciones cuánticas las que hacen del acoplamiento de la dinámica cuántica y clásica una tarea no trivial:un sistema clásico está en un estado en cada momento, mientras que un sistema cuántico puede estar simultáneamente en varios estados, muy parecido al gato de Schrödinger, que puede estar vivo y muerto al mismo tiempo. Por tanto, no está claro cuál de los estados cuánticos superpuestos gobierna el impacto de la parte cuántica sobre la clásica.

Investigadores de Skoltech, Doctor. el estudiante Grigory Starkov y el profesor Boris Fine, superó múltiples obstáculos y propuso un método computacional híbrido que combina el modelado cuántico y clásico. "En general, el promedio sobre superpositones cuánticos reduce significativamente la acción del núcleo cuántico en el entorno clásico. Encontramos una manera de compensar tal efecto de promedio, manteniendo intactas las correlaciones dinámicas más esenciales, Starkov explicó. El método propuesto se probó a fondo en varios sistemas mediante la evaluación de su rendimiento frente a cálculos numéricos y resultados experimentales. Se espera que el nuevo método ofrezca capacidades más amplias a los científicos para simular la dinámica magnética de núcleos en sólidos, cuales, Sucesivamente, facilitará el diagnóstico de RMN de materiales complejos.

"Este trabajo culmina años de nuestros intensos esfuerzos, "dijo Fine." Muchos equipos alrededor del mundo intentaron hacer tales cálculos durante los últimos 70 años. Aquí logramos hacer avanzar el rendimiento predictivo de los cálculos de RMN a un nuevo nivel. Esperamos que nuestro enfoque híbrido encuentre un uso amplio en el dominio de RMN y más allá ".