p Os físicos da Skoltech inventaram um novo método para calcular a dinâmica de grandes sistemas quânticos. Apoiado por uma combinação de modelagem quântica e clássica, o método foi aplicado com sucesso à ressonância magnética nuclear em sólidos. Os resultados do estudo foram publicados em Revisão Física B . p Objetos físicos ao nosso redor consistem em átomos que, por sua vez, são constituídos por elétrons carregados negativamente e núcleos carregados positivamente. Muitos dos núcleos atômicos são magnéticos - podem ser considerados como pequenos ímãs, que pode ser excitado por um campo magnético oscilante. Este fenômeno conhecido como "ressonância magnética nuclear" (NMR) foi descoberto na primeira metade do século 20 ^º século. Cinco prêmios Nobel foram concedidos desde então, primeiro para a descoberta e depois para várias aplicações de RMN - a imagem por ressonância magnética (MRI) sendo a mais proeminente delas.

p Embora o NMR tenha sido descoberto há mais de 70 anos, ainda tem alguns pontos em branco, tais como predição quantitativa do relaxamento de momentos magnéticos nucleares em sólidos após excitação NMR. Este é um caso particular que representa um problema mais geral de descrição da dinâmica de um grande número de partículas quânticas em interação. A simulação quântica direta já está fora de questão para algumas centenas de partículas, pois requer enormes recursos computacionais não disponíveis para a humanidade.

p É então tentador explorar uma abordagem aproximada baseada na simulação do núcleo de um sistema de muitas partículas usando a dinâmica quântica, enquanto lida com o resto de forma puramente clássica, isto é, sem admitir superposições quânticas. Contudo, são precisamente as superposições quânticas que tornam o acoplamento da dinâmica quântica e clássica uma tarefa não trivial:um sistema clássico está em um estado em cada ponto no tempo, enquanto um sistema quântico pode estar simultaneamente em vários estados, muito parecido com o gato de Schrödinger, que pode estar vivo e morto ao mesmo tempo. Portanto, não está claro qual dos estados quânticos sobrepostos governa o impacto da parte quântica sobre a clássica.

p Pesquisadores Skoltech, Ph.D. estudante Grigory Starkov e Professor Boris Fine, superou vários obstáculos e propôs um método computacional híbrido combinando modelagem quântica e clássica. "Em geral, a média sobre os superpostos quânticos reduz significativamente a ação do núcleo quântico no ambiente clássico. Encontramos uma maneira de compensar esse efeito de média, enquanto mantém as correlações dinâmicas mais essenciais intactas, "Starkov explicou. O método proposto foi exaustivamente testado em vários sistemas, avaliando seu desempenho em comparação com cálculos numéricos e resultados experimentais. O novo método deve oferecer capacidades mais amplas aos cientistas na simulação da dinâmica magnética de núcleos em sólidos, que, por sua vez, irá facilitar o diagnóstico de NMR de materiais complexos.

p "Este trabalho culmina anos de nossos esforços intensos, "disse Ótimo." Muitas equipes ao redor do mundo tentaram fazer esses cálculos nos últimos 70 anos. Aqui, conseguimos avançar o desempenho preditivo dos cálculos de NMR para um novo nível. Esperamos que nossa abordagem híbrida encontre amplo uso no domínio NMR e além. "