Utilizando algunas de las supercomputadoras más grandes disponibles, los investigadores de física de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han producido una de las simulaciones más grandes para ayudar a explicar uno de los problemas más desalentadores de la física.
"Este resultado fue una colaboración fantástica entre la teoría y el experimento", explicó el profesor de física Brian DeMarco, cuyo grupo dirigió la fase experimental del estudio. "Una de las fronteras más grandes e impactantes de la física es el problema cuántico de muchas partículas".No entendemos muy bien qué sucede cuando muchas partículas cuánticas se juntan e interactúan entre sí. Este problema abarca algunas de las escalas más grandes del universo, como comprender la materia nuclear en las estrellas de neutrones, hasta las más pequeñas, como el transporte de electrones enfotosíntesis y los quarks y gluones dentro de un protón "
El grupo de DeMarco experimenta con átomos de gases enfriados a solo mil millonésimas de grado por encima de la temperatura cero absoluta para simular experimentalmente modelos de materiales como superconductores de alta temperatura. En estos experimentos, los átomos juegan el papel de electrones en un material, yLos parámetros análogos de los materiales como el trastorno se controlan y conocen por completo y se pueden cambiar cada ciclo experimental de 90 segundos. Las mediciones en los átomos se utilizan para exponer nuevas teorías físicas y de prueba.
"En la mayoría de los casos, carecemos de poder predictivo, porque estos problemas no son fácilmente computables: una computadora clásica requiere recursos exponencialmente costosos para simular muchos sistemas cuánticos", agregó David Ceperley, profesor de física cuyo equipo desarrolló la simulación complementaria."Un ejemplo clave de este problema con desafíos prácticos radica en materiales como los superconductores de alta temperatura. Incluso armados con la composición química y la estructura de estos materiales, es casi imposible predecir hoy a qué temperatura se superconducirán".
Los diferentes enfoques para atacar un problema cuántico de partículas múltiples particularmente importante por los grupos de DeMarco y Ceperley se unieron en un nuevo resultado publicado en Física de la naturaleza . En su artículo, "Sondeando la transición del superfluido de vidrio Bose utilizando apagadores cuánticos del desorden", Carolyn Meldgin del grupo de DeMarco y Ushnish Ray del equipo de Ceperley comparten una nueva comprensión de cómo el desorden en un material cuántico da lugar a un cuántico exóticoestado llamado vidrio Bose.
"Un vidrio Bose es un aislante extraño y poco entendido que puede ocurrir cuando se agrega un trastorno a un superfluido o superconductor", dijo Meldgin. En sus experimentos, Meldgin pudo usar el trastorno óptico para inducir un vidrio Bose, y Ray exactamentesimuló el experimento usando la supercomputadora Titan.
En este trabajo, el grupo de Ceperley logró las simulaciones por computadora a mayor escala posible de un sistema cuántico desordenado de muchas partículas en las supercomputadoras más grandes que existen. Estas simulaciones por computadora pudieron simular cantidades relativamente grandes de partículas, como los 30,000 átomos utilizados enExperimentos de DeMarco.
Juntos, Meldgin y Ray pudieron mostrar algo sorprendente: que una sonda dinámica en el experimento se conecta a las simulaciones de computadora de equilibrio.
"En ambos casos, se requiere la misma cantidad de desorden para convertir un superfluido en un vidrio Bose", afirmó Ray. "Este resultado es críticamente importante para nuestra comprensión de los materiales cuánticos desordenados, que son ubicuos, ya que el desorden es difícilevitar. También tiene implicaciones importantes para los recoctores cuánticos, como el dispositivo D-Wave Systems ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Original escrito por Rick Kubetz. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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