Метод плавающих блоков, изображающий ледяные глыбы и море. Этот метод применяет процесс фильтрации, называемый эволюцией воображаемого времени, к двум гамильтонианам, представленным льдом и морем. Это дает перекрытие между состояниями с наименьшей энергией двух гамильтонианов.

Квантовые системы многих тел — это такие вещи, как атомные ядра, которые состоят из множества крошечных частиц, движущихся сложным образом. Из-за этого чрезвычайно сложно предсказать, как поведут себя системы при взаимодействии частиц. Для изучения этих систем исследователи используют вычислительные инструменты, называемые квантовым моделированием Монте-Карло.

В этой работе исследователи использовали особый квантовый подход Монте-Карло, называемый «методом плавающего блока», для расчета атомных ядер, соответствующих двум разным гамильтонианам, и того, как они перекрываются. Гамильтонианы — это математическое описание энергии квантовой системы. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Изучение гамильтонианов позволяет ученым понять, как квантовая система меняется со временем. Метод плавающего блока позволяет производить вычисления, которые ранее были невозможны для больших квантовых систем.

Метод плавающего блока позволяет исследователям использовать квантовое моделирование Монте-Карло для создания быстрых и точных эмуляторов квантовых систем. Он работает путем вычисления данных для нескольких различных значений конкретных параметров — значений, которые определяют квантовую систему.

Эти базовые данные позволяют исследователям создать эмулятор, который будет точно прогнозировать результаты для всех значений параметров в определенном диапазоне. Использование метода плавающего блока и квантового моделирования Монте-Карло имеет множество потенциальных применений. Например, это могло бы помочь ученым, работающим над квантовыми вычислениями.

Исследователи из Forschungszentrum Jülich, Боннского университета и Центра по изучению пучков редких изотопов Мичиганского государственного университета использовали метод плавающего блока для расчета перекрытия между энергетическими состояниями различных гамильтонианов с помощью квантовых вычислений Монте-Карло.

Чтобы вычислить перекрытие между энергетическими состояниями, метод плавающего блока использует мнимую (в отличие от действительной) временную эволюцию для двух разных гамильтонианов и переупорядочивает временные блоки в постепенной последовательности вычислений. Процесс напоминает откалывание глыбы льда от большой ледяной массы и уплывание в море.

Вычислительная эффективность метода плавающего блока на несколько порядков выше, чем у других подходов, причем вычислительное преимущество становится еще больше с увеличением размера системы.