Сверхбыстрые квантовые симуляторы: новый поворот в старой подход

Миллиарды крошечных взаимодействий между тысячами частиц в каждый кусок материи в мгновение ока. Моделирования этих взаимодействий во всей их динамике было сказано, чтобы быть недостижимой, но теперь стало возможным благодаря новой работе исследователей из Оксфорда и Уорика.

Поступая таким образом, они проложили путь для нового понимания сложных взаимодействий между частицами в экстремальных условиях, таких как в центре крупных планет или лазерного термоядерного синтеза.

Исследователи из Университета Уорвика и Университета Оксфорда разработали новый способ моделирования квантовых систем многих частиц, что позволяет для исследования динамических свойств квантовых систем полностью в сочетании с медленно движущихся ионов.

Фактически, они сделали моделирование квантовых электронов так быстро, что он может работать бесконечно долго без ограничений и влияние их движения на движение медленных ионов будет видно.

Сообщается в журнале Science достижений, он основан на давно известной альтернативной формулировки квантовой механики (Бома динамика), который ученые теперь вправе разрешить изучение динамики больших квантовых систем.

Многие квантовые явления были изучены на один или несколько взаимодействующих частиц в больших сложных квантовых систем осилить ученых-теоретиков, так и вычислительные возможности делать прогнозы. Это осложняется огромная разница в сроках разные деяния вида частиц: ионы развиваться в тысячи раз медленнее, чем электроны из-за их большей массы. Чтобы преодолеть эту проблему, большинство методов предполагает распаривание электронов и ионов и игнорируя динамику их взаимодействия-но это резко ограничивает наши знания о квантовой динамики.

Разработать метод, который позволяет ученым, чтобы учесть полный электрон-ионных взаимодействий, исследователи возродили старый альтернативная формулировка квантовой механики Дэвида Бома. В квантовой механике, надо знать волновую функцию частицы. Получается, что назвав его по средней траектории и фазы, как сделать Бома, очень выгодно. Однако, он взял на себя дополнительный костюм приближений и много испытаний, чтобы ускорить расчеты так драматично, как требуется. Действительно, новые методы продемонстрировали увеличение скорости более чем в 10000 раз (на четыре порядка), но по-прежнему согласуется с предыдущими расчетами для статических свойств квантовых систем.

Тогда новый подход был применен для моделирования из теплой плотной материи, состояние твердых частиц и горячей плазмы, которая известна своим неотъемлемым соединение всех типов частиц и необходимость квантового описания. В таких системах, как электроны и ионы могут иметь возбуждений в виде волн, и обе волны будут влиять друг на друга. Вот, новый подход может показать свою силу и определено влияние квантовых электронов на волнах классической ионов, в то время как статические свойства были доказаны согласиться с предыдущими данными.

Многочастичных квантовых систем являются основой многих научных проблем, начиная от сложной биохимии в наших телах, чтобы поведение материи внутри крупных планет или даже технологических проблем, таких как высокотемпературная сверхпроводимость или термоядерной энергии, которая демонстрирует возможный спектр применения нового подхода.

Профессор Джанлука Грегори (Оксфорд), который возглавлял исследование, сказал: «Бома квантовой механике часто рассматриваются со скептицизмом и споры. В своей первоначальной формулировке, однако, это всего лишь различные формулировки квантовой механики. Преимущество в использовании этого формализма является то, что различные приближения становятся проще в реализации, и это может увеличить скорость и точность моделирование с использованием многочастичных системах».

Д-р Дирк Герике из Уорикского университета, который помогал дизайн нового компьютерного кода, сказал: «с этим огромный рост численного эффективности, то теперь можно проследить полную динамику полного взаимодействия электрон-ионных системах. Таким образом, этот новый подход открывает новые классы задач, для эффективного решения, в частности, где любая система развивается или где квантовая динамика электронов оказывает существенное влияние на тяжелых ионов или всей системы.

«Этот новый численный инструмент, которые будут весьма полезны при разработке и интерпретации экспериментов на теплой плотной материи. От ее результатов, и особенно в сочетании с назначенными экспериментов, мы можем многое узнать о том, что материя в большие планеты, и для лазерных термоядерных исследований. Однако, я считаю, его истинная сила заключается в ее универсальности и возможности применения в квантовой химии или сильно приводимый в твердых телах».

сделать разницу: спонсорские возможности