El comportamiento de un electrón en un átomo, o cómo se mueve en un sólido, se puede predecir con precisión con las ecuaciones de la mecánica cuántica. Estos cálculos teóricos coinciden totalmente con los resultados obtenidos de los experimentos. Pero los sistemas cuánticos complejos, que contienen muchos electroneso partículas elementales, como moléculas, sólidos o núcleos atómicos, actualmente no se pueden describir exactamente, incluso con las computadoras más potentes disponibles en la actualidad. Las ecuaciones matemáticas subyacentes son demasiado complejas y los requisitos computacionales son demasiado grandes.por el profesor Michael Bonitz del Instituto de Física Teórica y Astrofísica de la Universidad de Kiel CAU ahora ha tenido éxito en el desarrollo de un método de simulación, que permite cálculos de mecánica cuántica hasta alrededor de 10,000 veces más rápido de lo que era posible anteriormente.número de la revista científica Cartas de revisión física.
Incluso con computadoras extremadamente potentes, las simulaciones cuánticas tardan demasiado
El nuevo procedimiento de los investigadores de Kiel se basa en una de las técnicas de simulación más potentes y versátiles actuales para sistemas de muchos cuerpos de mecánica cuántica. Utiliza el método de las llamadas funciones de verde sin equilibrio: esto permite movimientos e interacciones complejas de electronesse describirá con una precisión muy alta, incluso durante un período prolongado. Sin embargo, hasta la fecha, este método es muy intensivo en computadoras: para predecir el desarrollo del sistema cuántico en un período diez veces más largo, una computadora requiere mil veces másTiempo de procesamiento.
Con el truco matemático de introducir una variable auxiliar adicional, los físicos de la CAU ahora han logrado reformular las ecuaciones primarias de las funciones de verde sin equilibrio, de modo que el tiempo de cálculo solo aumenta linealmente con la duración del proceso. Por lo tanto, una predicción diez veces más largael período solo requiere diez veces más tiempo de cálculo. En comparación con los métodos utilizados anteriormente, los físicos lograron un factor de aceleración de aproximadamente 10.000. Este factor aumenta aún más para procesos más largos. Dado que el nuevo enfoque combina dos funciones verdes por primera vez,se llama "método G1-G2"
Desarrollo temporal de propiedades del material predecible por primera vez
El nuevo modelo de cálculo del equipo de investigación de Kiel no solo ahorra tiempo costoso de computación, sino que también permite simulaciones, que anteriormente eran completamente imposibles. "Nos sorprendió que esta aceleración dramática también se pueda demostrar en aplicaciones prácticas", explicóBonitz. Por ejemplo, ahora es posible predecir cómo se desarrollan ciertas propiedades y efectos en materiales como los semiconductores durante un período prolongado de tiempo. Bonitz está convencido: "El nuevo método de simulación es aplicable en numerosas áreas de la teoría cuántica de muchos cuerpos,y permitirá predicciones cualitativamente nuevas, como el comportamiento de átomos, moléculas, plasmas densos y sólidos después de la excitación por radiación láser intensa ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Kiel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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