Beregning af, hvordan kvantetilstande overlapper hinanden

Kvante-mangelegemesystemer er ting som atomkerner, der består af mange små partikler, der bevæger sig på komplekse måder. Dette gør det ekstremt svært at forudsige, hvordan systemerne opfører sig, når partiklerne interagerer. For at studere disse systemer bruger forskere beregningsværktøjer kaldet kvante Monte Carlo-simuleringer.

I dette arbejde brugte forskere en specifik kvante Monte Carlo-tilgang kaldet "floating block-metoden" til at beregne atomkerner svarende til to forskellige Hamiltonianere, og hvordan de overlapper hinanden. Hamiltonianere er matematiske beskrivelser af energien i et kvantesystem. Undersøgelsen er publiceret i tidsskriftet Physical Review Letters .

At studere Hamiltonians giver videnskabsmænd mulighed for at forstå, hvordan et kvantesystem ændrer sig over tid. Floating block-metoden gør det muligt at lave beregninger, der tidligere var umulige for store kvantesystemer.

Den flydende blokmetode giver forskere mulighed for at bruge kvante Monte Carlo-simuleringer til at bygge hurtige og nøjagtige emulatorer til kvantesystemer. Det virker ved at beregne data for flere forskellige specifikke parameterværdier - de værdier, der definerer kvantesystemet.

Disse basisdata giver forskere mulighed for at skabe en emulator, der nøjagtigt vil forudsige resultaterne for alle parameterværdier i et specifikt område. Denne brug af floating block-metoden og kvante Monte Carlo-simuleringer har mange potentielle anvendelser. For eksempel kunne det hjælpe forskere, der arbejder med kvanteberegning.

Forskere fra Forschungszentrum Jülich, University of Bonn og Facility for Rare Isotope Beams ved Michigan State University brugte floating block-metoden til at beregne overlapningen mellem energitilstande for forskellige Hamiltonianere ved hjælp af kvante Monte Carlo-beregninger.

For at beregne overlapningen mellem energitilstande bruger den flydende blokmetode imaginær (i modsætning til reel værdi) tidsevolution for to forskellige Hamiltonianere og omarrangerer tidsblokkene i en gradvis sekvens af beregninger. Processen minder om en isblok, der bryder væk fra en stor ismasse og flyder ud i havet.

Beregningseffektiviteten af ​​floating block-metoden er størrelsesordener bedre end andre tilgange, hvor beregningsfordelen vokser endnu større med systemstørrelsen.

Flere oplysninger: Avik Sarkar et al., Floating Block Method for Quantum Monte Carlo Simulations, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.242503

Journaloplysninger: Physical Review Letters

Leveret af det amerikanske energiministerium