Físicos da Universidade Estadual de Moscou, na Rússia, descobriram como usar um computador pessoal comum para resolver complexas equações da mecânica quântica, que até agora só eram resolvidas em supercomputadores.

Segundo Vladimir Pomerantcev, o PC faz o trabalho muito mais rápido, resolvendo em 15 minutos o que um dos maiores computadores do mundo, instalado na Universidade de Julich, na Alemanha, tem levado de 2 a 3 dias para calcular.

As equações foram elaboradas na década de 60 pelo matemático Ludwig Faddeev e descrevem a dispersão de partículas quânticas, representando um análogo na mecânica quântica da teoria newtoniana dos sistemas de três corpos, usada para calcular a interação entre sol, lua e terra, por exemplo. Com as equações de Faddeev abriu-se um campo totalmente novo da mecânica quântica, hoje conhecido como “física de sistemas de poucos corpos”.

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Mas por causa da grande complexidade dos cálculos nas interações entre partículas realísticas, o sistema ficou fora do alcance dos físicos por um longo período, até que os supercomputadores apareceram.

Agora, segundo divulgado pelo site Inovação Tecnológica, a equipe descobriu que basta um computador de mesa comum equipado com uma placa gráfica (GPU) para resolver todas as simulações quânticas realísticas de poucos corpos em poucos minutos.

Na prática, a principal dificuldade para resolver as equações de Faddeev é a integração do espalhamento das múltiplas partículas quânticas, o que gera uma enorme tabela bidimensional, com dezenas ou centenas de milhares de linhas e colunas, com cada elemento da matriz sendo o resultado de cálculos para lá de complexos. Mas Pomerantcev percebeu é que essa tabela enorme pode ser encarada como uma tela com dezenas de bilhões de pixels. Assim, com uma boa GPU, é possível calculá-la de forma muito rápida e otimizada.

“Chegamos a uma velocidade que sequer sonhávamos”, disse o professor Vladimir Kukulin, coordenador do trabalho. “O programa calcula 260 milhões de integrais duplas complexas em um computador desktop em apenas três segundos. Sem comparação com os supercomputadores!”.

A simulação completa, que atualmente usa de dois a três dias do supercomputador, é solucionada em 15 minutos no PC.

O mais surpreendente é que os processadores gráficos com a capacidade adequada, bem como uma enorme quantidade de software disponibilizada para eles pelos próprios fabricantes das GPUs, como a NVidia, existem há quase dez anos – mas ninguém havia tido a ideia de usá-los para resolver as simulações quânticas.

De acordo com Kukulin , esse trabalho abre rotas completamente novas para analisar reações químicas nucleares e de ressonância, e pode ser muito útil para resolver um grande número de tarefas de computação em física de plasma, eletrodinâmica, geofísica, medicina e muitas outras áreas da ciência.

Agora, a equipe está organizando um curso para mostrar a outros pesquisadores de todo mundo como usar seus PCs para substituir seus supercomputadores nesses cálculos.