波函數(shù)匹配新方法有助于解決量子多體問題

強(qiáng)相互作用系統(tǒng)在量子物理和量子化學(xué)中發(fā)揮著重要作用。蒙特卡羅模擬等隨機(jī)方法是研究此類系統(tǒng)的行之有效的方法。然而，當(dāng)發(fā)生所謂的符號(hào)振蕩時(shí)，這些方法就達(dá)到了極限。

來自德國、土耳其、美國、中國、韓國和法國的國際研究小組現(xiàn)在已經(jīng)利用波函數(shù)匹配的新方法解決了這個(gè)問題。例如，使用此方法計(jì)算質(zhì)量數(shù)不超過 50 的所有原子核的質(zhì)量和半徑。研究人員現(xiàn)在在《自然》雜志上報(bào)告說，結(jié)果與測量結(jié)果一致。

地球上的所有物質(zhì)都由稱為原子的微小粒子組成。每個(gè)原子都包含更小的粒子：質(zhì)子、中子和電子。這些粒子中的每一個(gè)都遵循量子力學(xué)的規(guī)則。量子力學(xué)構(gòu)成了量子多體理論的基礎(chǔ)，該理論描述了具有許多粒子(例如原子核)的系統(tǒng)。

核物理學(xué)家研究原子核所使用的一類方法是從頭算法。它通過描述復(fù)雜系統(tǒng)的基本組件及其相互作用來描述復(fù)雜系統(tǒng)。就核物理而言，基本成分是質(zhì)子和中子。從頭計(jì)算可以幫助回答的一些關(guān)鍵問題是原子核的結(jié)合能和性質(zhì)，以及核結(jié)構(gòu)與質(zhì)子和中子之間潛在相互作用之間的聯(lián)系。

然而，這些從頭計(jì)算的方法在對具有復(fù)雜相互作用的系統(tǒng)執(zhí)行可靠計(jì)算方面存在困難。其中一種方法是量子蒙特卡羅模擬。這里，數(shù)量是使用隨機(jī)或隨機(jī)過程計(jì)算的。

盡管量子蒙特卡羅模擬非常高效且強(qiáng)大，但它們有一個(gè)明顯的弱點(diǎn)：符號(hào)問題。它出現(xiàn)在具有正權(quán)重和負(fù)權(quán)重的過程中，它們相互抵消。這種取消會(huì)導(dǎo)致最終預(yù)測不準(zhǔn)確。

一種稱為波函數(shù)匹配的新方法旨在幫助解決從頭計(jì)算方法的此類計(jì)算問題。

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