Muchos materiales cuánticos han sido casi imposibles de simular matemáticamente porque el tiempo de computación requerido es demasiado largo. Ahora los ingenieros han demostrado una forma de reducir considerablemente el tiempo de computación. Esto podría acelerar el desarrollo de materiales para las tecnologías de TI de eficiencia energética del futuro..
Las supercomputadoras de todo el mundo trabajan las 24 horas del día en problemas de investigación. En principio, incluso los materiales nuevos pueden simularse en computadoras para calcular sus propiedades magnéticas y térmicas, así como sus transiciones de fase. El estándar de oro para este tipo de modelado esconocido como el método cuántico de Monte Carlo.
dualismo onda-partícula
Sin embargo, este método tiene un problema intrínseco: debido al dualismo físico onda-partícula de los sistemas cuánticos, cada partícula en un compuesto en estado sólido no solo posee propiedades similares a las de las partículas, como la masa y el momento, sino también propiedades similares a las ondas.como la fase. La interferencia hace que las "ondas" se superpongan entre sí, de modo que se amplifiquen sumen o se cancelen resten entre sí localmente. Esto hace que los cálculos sean extremadamente complejos. Se refiere al problema de los signos delmétodo cuántico de Monte Carlo.
Minimización del problema
"El cálculo de las características del material cuántico cuesta alrededor de un millón de horas de CPU en computadoras mainframe todos los días", dice el profesor Jens Eisert, que dirige el grupo de investigación conjunto en Freie Universität Berlin y el HZB. "Esta es una proporción muy considerabledel tiempo total de computación disponible ". Junto con su equipo, el físico teórico ha desarrollado un procedimiento matemático mediante el cual el costo computacional del problema del signo puede reducirse en gran medida." Demostramos que los sistemas de estado sólido se pueden ver desde muy diferentesperspectivas. El problema de los signos juega un papel diferente en estas diferentes perspectivas. Se trata entonces de abordar el sistema de estado sólido de tal manera que se minimice el problema de los signos ", explica Dominik Hangleiter, primer autor del estudio que haahora publicado en avances científicos .
Desde sistemas de giro simples hasta sistemas más complejos
Para sistemas simples de estado sólido con espines, que forman lo que se conoce como escaleras de Heisenberg, este enfoque ha permitido al equipo reducir considerablemente el tiempo de cálculo para el problema de signos. Sin embargo, la herramienta matemática también se puede aplicar a espines más complejossistemas y promete un cálculo más rápido de sus propiedades.
"Esto nos proporciona un nuevo método para el desarrollo acelerado de materiales con propiedades especiales de giro", dice Eisert. Estos tipos de materiales podrían encontrar aplicación en futuras tecnologías de TI para las que los datos deben procesarse y almacenarse con un gasto de energía considerablemente menor.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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