在1小时内解决闪电速度的复杂物理问题 - 20年的计算

物理学家开发了一种新方法，可以在闪电速度下仿真复杂计算。这可能会产生关于诸如原子核和中子恒星等强互动物质的量子特性的新见解。插图：AndreasEkström和日元斯特兰德斯/ Chalmers理工大学。

计算如此复杂，即在强大的台式计算机上完成需要20年时间，现在可以在常规笔记本电脑上一小时完成。Mathicist AndreasEkström在查尔莫斯理工大学以及国际研究同事中，设计了一种新的方法，令人难以置信地计算原子核的性质。

新方法基于一个名为仿真的概念，其中近似计算替换了完整更复杂的计算。虽然研究人员正在拍摄捷径，但解决方案几乎完全相同。它使来自机器学习的算法让人想起，但最终研究人员设计了一种全新的方法。它在核物理学等领域开辟了更多的可能性。

“现在我们可以使用这种方法模拟原子核，我们有一个全新的工具来构建和分析原子核内的质子和中子之间的力量的理论描述，”物理系副教授的研究领导者andreasekström说在Chalmers。

理解我们的存在的基础

主题可能听起来很好，但实际上是理解我们的存在和可见问题的稳定性和起源。大多数原子质量在原子的中心位于称为原子核的致密区域中。细胞核，质子和中子的组成颗粒通过称为强力的东西举在一起。虽然这种力量对我们的存在是如此的核心，但没有人完全了解它是如何工作的。为了提高知识和解析可见物质的基本属性，研究人员需要能够以极高的准确性模拟原子核的性质。

andreasekström，查尔摩理工大学物理系副教授照片照片：安娜莉娜伦特克斯/查尔摩工业大学。

andreasekström及其同事正在研究从中子恒星及其性质的主题遵守新亮点的基础研究，以至于核的最内部结构和腐烂。核物理学的基础研究还提供必要的输入毒素，原子理物理和粒子物理学。

打开门以完全新的可能性

“我非常兴奋能够以这种准确性和效率进行计算。与我们之前的方法相比，感觉我们现在正在以闪电速度计算。在我们在Chalmers的正在进行的工作中，我们希望进一步提高仿真方法，并对我们的量子机械模型进行高级统计分析。通过这种仿真方法，我们可以达到以前认为不可能的结果。这肯定打开了全新的可能性，“andreasekström说。

更多关于数学捷径

新的仿真方法基于称为特征向量延续（EVC）的东西。它允许以令人难以置信的速度和精度仿真原子核的许多量子力学性能。研究人员使用转换为特殊子空间而不是直接解决耗时和复杂的许多身体问题，而不是一遍又一遍地解决了耗时和复杂的多体问题。这使得可以利用一些精确的解决方案，以便更快地获得近似解决方案。

氧同位素的能量和半径的曲线图16-O的较强核相互作用的100,000个不同的参数化。使用新方法，在标准笔记本电脑上几分钟内产生结果。虚线表示实验数据的值。插图：AndreasEkström和日元斯特兰德斯/ Chalmers理工大学。

如果仿真器运行良好，它会产生几乎完全 - 大约99％的解决方案 - 类似于原始问题的解决方案。这是在机器学习中使用的相同原理的许多方面，但它不是神经网络或高斯过程 - 一个完全新的方法依附于它。仿真的EVC方法不限于原子核，研究人员目前正在寻求不同类型的应用。

参考：

“特征向量作为不确定量量化的高效和准确的仿真器”，S.König，A.Ekström，K. Hebeler，D. Lee和A. Schwenk，9月30日，物理信件B.Doi：
10.1016 / j.physletb.202012.135814

2019年12月20日AndreasEkström和Gaute Hagen的“原子核批量性质的全局敏感性分析”，物理审查信.DOI：
10.1103 / physrevlett.123.252501