Kvantna fizika u razvoju novih lijekova

Kvantno sprezanje (eng. entanglement) je fenomen sa širokim rasponom primjene, od temeljnih fundamentalnih znanstvenih istraživanja do revolucionarnih tehnoloških inovacija.
Razumijevanje ovog fenomena ključno je za napredak u mnogim znanstvenim i tehnološkim područjima.

U novom istraživanju objavljenom u uglednom časopisu "Quantum" znanstvenici su utvrdili da osnovna struktura povezivanja odnosno sprezanja čestica u kvantnim sustavima ne pruža potpun uvid u njihovu kasniju vremensku evoluciju. Osim toga, utvrdili su da evolucija koja djeluje na susjedne čestice može utjecati na sprezanje čestica koje su daleko jedna od druge, dodajući time novi aspekt kompleksnosti kvantnog svijeta.

Zamislite svijet u kojem se sitne čestice povezuju na načine koji zbunjuju naše razumijevanje, slično situaciji kad slažete slagalicu, a nemate sve potrebne dijelove. To je domena kvantne fizike, a u njenom središtu je pojam "sprezanja" (eng. entanglement) - fenomen u kojem su čestice posebnim načinom povezane, čak i na velikim udaljenostima.

Razumijevanje kvantnog sprezanja je ključno za razvoj kvantnih tehnologija kao što su kvantna računala i kvantna komunikacija. Sprezanje omogućuje česticama da budu međusobno povezane na način koji se drastično razlikuje od klasičnih sustava, što omogućuje izvođenje kvantnih operacija (ili kvantnih algoritama) koje su osnova za navedene napredne kvantne tehnologije. Također, razumijevanje kvantnog sprezanja može imati praktične primjene u različitim industrijama kao što su znanost o materijalima, kemija i biologija i to u razvoju novih materijala, lijekova i tehnologija.

Znanstvenici su dugo smatrali da mogu predvidjeti kako iskoristiti ovo 'sprezanje' te kako primjenom matematičkih koncepata povezanih sa 'spektrom sprezanja' (eng. entanglement spectrum) mogu opisati kako se 'sprezanje' mijenja kroz vremensku evoluciju. Da bi testirali tu teoriju, ruđerovci su proveli niz numeričkih (računalnih) eksperimenata u kojima su koristili posebnu metodu za manipulaciju spregnutih čestica.

Ovo istraživanje zahtijevalo je razvoj visoko specijaliziranog računalnog koda koji je sposoban za učinkovito skaliranje na veliki broj grafičkih procesorskih jedinica (GPU-a) te efikasno iskorištava njihove ogromne mogućnosti paralelnog procesiranja.

Dodatno, objavljena je posebna prateća publikacija koja detaljno opisuje kompleksnosti paralelizacije.

Istraživanje je dobilo podršku od Centra izvrsnosti QuantiXLie, projekta sufinanciranog od strane Hrvatske Vlade i Europske unije putem Europskog regionalnog razvojnog fonda, te podršku u sklopu projekta Hrvatske zaklade za znanost HybridScale.