KITE-kode kunne drive nye kvanteudviklinger

Et forskningssamarbejde ledet af University of Yorks Department of Physics har skabt open source-software til at hjælpe med skabelsen af ​​kvantematerialer, som igen kunne øge verdens computerkraft betydeligt.

Over hele verden bruger den øgede brug af datacentre og cloud computing stigende mængder energi - kvantematerialer kan hjælpe med at tackle dette problem, siger forskerne.

Kvantematerialer - materialer, der udnytter ukonventionelle kvanteeffekter, der opstår som følge af elektronernes kollektive adfærd - kunne udføre opgaver, der tidligere blev anset for umulige, såsom at høste energi fra hele solspektret eller behandle enorme mængder data med lav varmeafledning.

Designet af kvantematerialer, der er i stand til at levere intens computerkraft, er styret af sofistikerede computerprogrammer, der er i stand til at forudsige, hvordan materialer opfører sig, når de 'ophidses' med strømme og lyssignaler.

Beregningsmodellering har nu taget et 'kvantespring' fremad med annonceringen af ​​Quantum KITE-initiativet, en suite af open source computerkoder udviklet af forskere i Brasilien, EU og University of York. KITE er i stand til at simulere realistiske materialer med et hidtil uset antal atomer, hvilket gør den ideel til at skabe og optimere kvantematerialer til en række energi- og computerapplikationer.

Dr. Aires Ferreira, en Royal Society University Research Fellow og lektor i fysik, som leder forskergruppen ved University of York, sagde:

"Vores tilgang bruger en ny klasse af kvantesimuleringsalgoritmer til at hjælpe med at forudsige og skræddersy materialernes egenskaber til en bred vifte af applikationer lige fra solceller til laveffekttransistorer.

"Den første version af den gratis, open source KITE-kode demonstrerer allerede meget opmuntrende egenskaber inden for elektronisk struktur og simulering af materialer på enhedsniveau.

"KITEs evne til at håndtere multi-milliarder af atomare orbitaler, som så vidt vides er uden fortilfælde inden for ethvert område af kvantevidenskab, har potentialet til at låse op for nye grænser inden for kondenseret stofs fysik og beregningsmæssig modellering af materialer."

Et af nøgleaspekterne ved KITE er dets fleksibilitet til at simulere realistiske materialer, med forskellige former for inhomogeniteter og ufuldkommenheder.

Dr. Tatiana Rappoport fra Federal University of Rio de Janeiro i Brasilien, sagde:

"Denne open source-software er vores forpligtelse til at hjælpe med at fjerne barrierer for realistiske kvantesimuleringer og fremme en åben videnskabskultur. Vores kode har flere innovationer, inklusiv 'uordenscelle'-tilgang til at simulere ufuldkommenheder inden for periodiske arrangementer af atomer og en effektiv ordning til håndtering af RAM-intensive beregninger, der kan være nyttige for andre videnskabelige samfund og industri."

Læs forskningsoplægget i Royal Society Open Science .