ابزار ریاضی به محاسبه‌ی سریع‌تر خواص مواد کوانتومی کمک می‌کند

ابزار ریاضی به محاسبه‌ی سریع‌تر خواص مواد کوانتومی کمک می‌کند

شبیه‌سازی ریاضی بسیاری از مواد کوانتومی تقریبا غیر‌ممکن بوده است، به این دلیل که زمان محاسباتی لازم، بسیار طولانی است.

اکنون یک گروه تحقیقاتی مشترک بین دانشگاه آزاد برلین و موسسه‌ی هلمهولتز-زنتروم برلین (HZB)، روشی را برای کاهش چشمگیر این زمان محاسباتی ثابت کرده است. این روش می‌تواند توسعه‌ی مواد را برای فناوری‌های آی‌تی به لحاظ انرژی کارامد، تسریع بخشد.

ابر‌کامپیوتر‌ها برای بررسی مسائل پیچیده‌ی پژوهشی، حیاتی هستند. اصولا، حتی خواص مغناطیسی و گرمایی و همینطور گذار‌های فاز‌های مواد جدید هم می‌تواند در کامپیوتر‌ها شبیه‌سازی شود. استاندارد این نوع مدل‌سازی، روش مونت‌کارلوی کوانتومی است. با این حال، این روش یک مشکل ذاتی دارد: به خاطر دوگانگی موج-ذره‌ی سیستم‌های کوانتومی، هر ذره در یک ترکیب حالت جامد، نه تنها دارای خواص ذره‌مانند مثل جرم و تکانه است، بلکه ویژگی‌های موج‌مانند همچون فاز را نیز دارد. تداخل باعث بر‌هم‌نهی «امواج» بر یکدیگر می‌شود، به طوری‌که یکدیگر را به صورت موضعی، تقویت (جمع کردن) یا حذف (کم کردن) می‌کنند. این موضوع، محاسبات را به شدت پیچیده می‌کند. از این مسئله با عنوان «مشکل علامت» روش مونت‌کارلوی کوانتومی نام برده می‌شود.

محققان می‌گویند: «محاسبه‌ی ویژگی‌های مواد کوانتومی با سی‌پی‌یوهای بزرگ‌کامپیوتر‌های امروزی، حدود یک میلیون ساعت زمان می‌برد که بخش بسیار قابل توجهی از کل زمان در دسترس برای محاسبه است». اکنون این گروه یک رویکرد ریاضیاتی را توسعه داده‌اند که با آن، هزینه‌ی محاسباتی مربوط به مشکل علامت می‌تواند بسیار کم شود. محققان می‌گویند: «ما نشان می‌دهیم که سیستم‌های حالت‌جامد می‌توانند از چشم‌انداز‌های بسیار متفاوتی دیده شوند. مسئله‌ی علامت، نقشی متفاوت در این چشم‌انداز‌های متفاوت ایفا می‌کند. موضوع بعدی، پرداختن به سیستم حالت‌جامد است، به این طریق که مسئله‌ی علامت، کمینه می‌شود».

از سیستم‌های اسپینی ساده تا سیستم‌های بسیار پیچیده‌تر
این روش برای سیستم‌های حالت‌جامد ساده با اسپین‌ها (که موجب شکل‌گیری آن‌چه که به نردبان‌های هایزنبرگ موسوم است می‌شوند)، محققان را قادر ساخته تا زمان محاسباتی برای مسئله‌ی علامت را به طور قابل توجهی کاهش دهند. با این وجود، این ابزار ریاضی می‌تواند برای سیستم‌های اسپینی پیچیده‌تر نیز بکار برده شود و نویدبخش محاسبه‌ی سریع‌تر خواص آن‌ها باشد.

محققان می‌گویند: «این امر، یک روش جدید برای سرعت‌بخشیدن به توسعه‌ی مواد با ویژگی‌های اسپینی خاص بدست می‌دهد». این نوع مواد می‌توانند دارای کاربرد در فناوری‌های آی‌تی آینده باشند که در آن‌ها، داده‌ها باید با صرف انرژی بسیار کمتری پردازش و ذخیره شوند.
منبع: phys.org
 
كلمات كليدي :
شبیه سازی مواد کوانتومی
 
امتیاز دهی
 
 

نظر شما
نام  
پست الكترونيک
وب سایت
متنی که در تصویر می بینید عینا تایپ نمایید
نظر
login