Resuelven un problema cuántico de 100.000 a solo cuatro ecuaciones
Usando inteligencia artificial, físicos comprimieron un problema cuántico abrumador. La configuración es conocida como modelo de Hubbard.
A través de inteligencia artificial se resolvió un abrumador problema cuántico. Foto: dplnews.com
Usando inteligencia artificial, físicos comprimieron un problema cuántico abrumador. Pasaron de requerir 100.000 ecuaciones a una tarea fácil de tan solo cuatro ecuaciones, todo sin sacrificar la precisión.
El trabajo, publicado en Physical Review Letters, podría revolucionar la forma en que los científicos investigan los sistemas que contienen muchos electrones que interactúan.
Además, si es escalable a otros problemas, el enfoque podría ayudar potencialmente en el diseño de materiales con propiedades buscadas. Estas son la superconductividad o la utilidad para la generación de energía limpia.
El modelo de Hubbard
«Comenzamos con este enorme objeto de todas estas ecuaciones diferenciales acopladas; luego usamos el aprendizaje automático para convertirlo en algo tan pequeño que se puede contar con los dedos», dice en un comunicado el autor principal del estudio, Domenico Di Sante. El investigador es miembro del Centro de Física Cuántica Computacional (CCQ) del Instituto Flatiron en Nueva York y profesor asistente en la Universidad de Bolonia en Italia.
El formidable problema se refiere a cómo se comportan los electrones cuando se mueven en una red en forma de rejilla. Cuando dos electrones ocupan el mismo sitio de red, interactúan.
Esta configuración, conocida como modelo de Hubbard, es una idealización de varias clases importantes de materiales y permite a los científicos aprender cómo el comportamiento de los electrones da lugar a fases buscadas de la materia. Algunas de ellas son la superconductividad, en la que los electrones fluyen a través de un material sin resistencia.
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El modelo también sirve como campo de pruebas para nuevos métodos antes de que se liberen en sistemas cuánticos más complejos.
Sin embargo, el modelo de Hubbard es engañosamente simple. Incluso para una cantidad modesta de electrones y enfoques computacionales de vanguardia, el problema requiere un poder de cómputo serio.
Esto se debe a que cuando los electrones interactúan, sus destinos pueden entrelazarse mecánicamente cuánticamente. Incluso, una vez que están muy separados en diferentes sitios de red, los dos electrones no pueden tratarse individualmente. Por ellos, los físicos deben tratar con todos los electrones a la vez en lugar de uno a la vez.
Con más electrones, surgen más enredos, lo que hace que el desafío computacional sea exponencialmente más difícil.