Världens snabbaste kvantsimulator arbetar på atomnivå

Världens snabbaste män (Juni 2019).

Anonim

Kenji Ohmori (Institutionen för molekylär vetenskap, Nationalinstitut för naturvetenskap, Japan) och en grupp samarbetspartners har utvecklat världens snabbaste simulator för den kvantmekaniska dynamiken hos ett stort antal partiklar som interagerar med varandra inom en miljardths sekund.

Dynamiken i växelverkan mellan stora antal elektroner reglerar en rad viktiga fysiska och kemiska fenomen, inklusive superledning, magnetism och kemiska reaktioner. Ett ensemble av många partiklar som således interagerar med varandra kallas ett "starkt korrelerat system". Att förstå egenskaperna hos starkt korrelerade system är således ett av de centrala målen för modern vetenskap. Det är dock extremt svårt att teoretiskt förutse egenskaperna hos ett starkt korrelerat system, även med hjälp av den japanska post-K-superdatorn, som är planerad för slutförandet senast 2020.

Post-K kan till exempel inte ens beräkna den exakta energin, materiens mest grundläggande egenskap, när antalet partiklar i systemet är mer än 30. I stället för att beräkna med en klassisk dator, såsom post-K, kan ett alternativ koncept, en "kvantsimulator" har föreslagits, i vilken kvantmekaniska partiklar som atomer är sammansatta i ett konstgjort starkt korrelerat system vars egenskaper är kända och kontrollerbara. Den senare används sedan för att simulera och förstå egenskaperna hos ett annat starkt korrelerat system vars egenskaper inte är kända.

Teamet har nu utvecklat en helt ny kvantsimulator för dynamiken i ett starkt korrelerat system med mer än 40 atomer inom en miljardths sekund. Detta har uppnåtts genom införande av ett nytt tillvägagångssätt, i vilket en ultrasort laserpuls vid en pulsbredd på endast 100 miljarder sekundar används för att styra ett högdensitetsensembol av atomer som kyls till temperaturer nära absolut noll. Dessutom har de lyckats simulera rörelsen av elektroner i detta starkt korrelerade system som moduleras genom att ändra styrkan på interaktioner mellan många atomer i ensemblet.

Denna "ultrasnabb kvantsimulator" förväntas fungera som ett grundläggande verktyg för att undersöka ursprunget till materiella egenskaper hos materia, inklusive magnetism och eventuellt superledning.

Resultatet kommer att publiceras i Nature Communications den 16 november 2016.

menu
menu