Tegenwoordig worden kwantumsystemen steeds belangrijker voor technologische innovaties op het gebied van informatieverwerking, cryptografie, fotonica, spintronica en high-performance computing. Ze staan ​​in constante interactie met hun omgeving, wat hun werkwijze in veel opzichten beïnvloedt. Natuurkundigen van de Universiteit van Bayreuth hebben in samenwerking met partners van de universiteiten van Edinburgh en St. Andrews een nieuw algoritme ontwikkeld om deze invloeden te simuleren en te berekenen. In Natuurfysica ze presenteren hun ontdekking, die baanbrekend is voor het begrip van open kwantumsystemen.

De onderzoekers noemen hun algoritme Automated Compression of Environments (ACE). “Met deze ontwikkeling hebben we een doorbraak bereikt in de simulatie van kwantumsystemen. Het is namelijk van extreem hoge relevantie voor hightech toepassingen van kwantumsystemen om omgevingsinvloeden realistisch te kunnen simuleren. We verwachten dat onze nieuwe methode leiden tot veel waardevolle inzichten in technologisch relevante kwantumsystemen. Het zal zeker ook de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van nieuwe kwantumalgoritmen en voor de controle van kwantumsystemen", legt prof. dr. Vollrath Martin Axt uit, die het onderzoekswerk leidde aan de Universiteit van Bayreuth.

Het nieuwe algoritme kenmerkt zich door een hoge mate van flexibiliteit. In tegenstelling tot veel andere methoden, is het in staat om verschillende milieu-effecten samen op microscopisch niveau te beschrijven - en dit volledig numeriek te doen, zonder toevlucht te hoeven nemen tot benaderingen van het model die gebruikelijk zijn in simulaties van modellen met veel deeltjes. Het nieuwe algoritme overwint ook een aantal beperkingen waarmee eerdere methoden voor het simuleren en berekenen van externe invloeden op kwantumsystemen werden geconfronteerd. "ACE maakt een vrijwel onbeperkt aantal toepassingen mogelijk:het kan in gelijke mate worden toegepast op bosonische, fermionische of spin-omgevingen. De invloeden van Gaussische en niet-Gaussische omgevingen, lineaire en niet-lineaire omgevingen en diagonale en niet-diagonale omgevingen kunnen nu even nauwkeurig worden gesimuleerd", legt Axt uit. + Verder verkennen

Fysieke kenmerken verhogen de efficiëntie van kwantumsimulaties