حل مواد مشکلات با یک کامپیوتر کوانتومی

IMAGE

تصویر: هنری ارائه ساختار اتمی از کاربید سیلیکون کریستال نشان دادن نقص (دایره های بنفش) و منطقه بهره شناسایی با مکانیک کوانتومی و نظریه (حوزه و نقره). مشاهده بیشتر

اعتبار: دانشگاه شیکاگو

کامپیوترهای کوانتومی دارای پتانسیل عظیمی برای محاسبات با استفاده از رمان ها و الگوریتم های مربوط به مقادیر داده ها فراتر از ظرفیت از امروز سوپرکامپیوترها. در حالی که رایانه ها ساخته شده اند آنها هنوز در مراحل ابتدایی خود را و محدود کاربرد برای حل مشکلات پیچیده در علم مواد و شیمی. به عنوان مثال, آنها فقط اجازه شبیه سازی خواص چند اتم برای تحقیقات مواد.

دانشمندان در ایالات متحده آمریکا وزارت انرژی (DOE) آزمایشگاه ملی آرگون ای و دانشگاه شیکاگو (UChicago) را توسعه داده اند روش هموار کردن راه برای استفاده از کامپیوترهای کوانتومی برای شبیه سازی واقعی مولکول های پیچیده و مواد که نیاز به توضیحات صدها اتم.

“ما قدرتمند به دنبال استراتژی محاسباتی علم مواد با پتانسیل پیش بینی خواص پیچیده مواد با دقت بیشتری از پیشرفته ترین روش های فعلی می توانید انجام دهید در حال حاضر است.” — مارکو Govoni دستیار دانشمند در علم مواد بخش و مرکز مولکولی و مهندسی در آرگون

تیم تحقیقاتی به رهبری Giulia گالی مدیر میانه یکپارچه مرکز محاسباتی مواد (MICCoM) یک رهبر در آرگون را علم مواد را بدست آورد و عضو مرکز مولکولی و مهندسی در Argonne. گالی نیز Liew خانواده استاد الکترونیکی ساختار و شبیه سازی در پریتزکر مدرسه مولکولی و مهندسی یک استاد شیمی در UChicago. او مشغول به کار در این پروژه با دستیار دانشمند مارکو Govoni و دانشجوی او Ma هر دو بخشی از آرگون را علم مواد را بدست آورد و UChicago.

“ما به تازگی توسعه یافته calculational روش” گالی گفت: “تا حد زیادی بهبود دقت قابل دسترسی موجود مکانیک کوانتومی روش با توجه به محاسبات خاص و نقص در بلورهای مواد و اجرا آن را بر روی یک کامپیوتر کوانتومی.”

در سه دهه گذشته, مکانیک کوانتومی رویکردهای نظری باید نقش مهمی در پیش بینی خواص مواد مربوط به اطلاعات کوانتومی علمی و کاربردی مواد برای برنامه های کاربردی انرژی شامل کاتالیزور و ذخیره سازی انرژی در سیستم های. این روش محاسباتی خواستار آن است که هنوز به چالش کشیدن به آنها اعمال می شود به پیچیده و ناهمگن مواد.

“در پژوهش های ما توسعه یافته کوانتومی تعبیه نظریه که مجاز شبیه سازی ‘چرخش نقص در مواد جامد جفت کوانتومی و کلاسیک رایانه و سخت افزار” Govoni گفت. این نوع از نقص در مواد جامد و دارای کاربرد برای توسعه مواد برای پردازش اطلاعات کوانتومی و نانو سنجش برنامه های کاربردی فراتر از زمان قابلیت های.

“ما قدرتمند به دنبال استراتژی محاسباتی علم مواد با پتانسیل پیش بینی خواص پیچیده مواد با دقت بیشتری از پیشرفته ترین روش های فعلی می توانید انجام دهید در حال حاضر” Govoni اضافه شده است.

این تیم برای اولین بار آزمایش کوانتومی تعبیه روش در یک, کلاسیک, کامپیوتر, استفاده از آن برای محاسبات از خواص چرخش نقص در الماس و سیلیکون کاربید. “گذشته محققان به طور گسترده مورد مطالعه نقص در هر دو الماس و سیلیکون کاربید بنابراین ما تا به حال فراوان داده های تجربی مقایسه با روش ما را پیش بینی” گفت: Ma. خوب توافق بین تئوری و تجربه به تیم اعتماد به نفس در خود روش قابلیت اطمینان.

این تیم سپس با انتقال به آزمون محاسبات مشابه در یک شبیه ساز کوانتومی و در نهایت بر روی آی بی ام Q5 Yorktown کامپیوتر کوانتومی. نتایج تایید دقت بالا و اثربخشی خود کوانتومی تعبیه روش ایجاد یک سنگ پله به حل بسیاری از انواع مختلف از علم مواد مشکلات در یک کامپیوتر کوانتومی.

Galli اشاره کرد که “با اجتناب ناپذیر بلوغ از کامپیوترهای کوانتومی ما انتظار داریم رویکرد ما خواهد بود قابل استفاده برای شبیه سازی از مناطق مورد علاقه در مولکول ها و مواد را برای درک و کشف کاتالیزور و داروهای جدید و همچنین محلولهای آبی حاوی کمپلکس محلول گونه است.”

Galli تیم بخشی از MICCoM مستقر در Argonne; شیکاگو کوانتومی ارز مستقر در UChicago; و QISpin پروژه بودجه توسط نیروی هوایی از تحقیقات علمی است.

تحقیقات خود را قوی تر غرب نرم افزار توسعه یافته در MICCoM و ساخته شده با استفاده از چندین منابع محاسباتی علاوه بر در دسترس عموم IBM کامپیوتر کوانتومی: این آرگون رهبری محاسبات تاسیسات و انرژی ملی تحقیقات علمی مرکز محاسبات هر دو سازمان حفاظت محیط زیست از علوم کاربر امکانات و دانشگاه شیکاگو تحقیقاتی مرکز محاسبات.

این تیم کار ارائه شده است در مقاله ای تحت عنوان “شبیه سازی کوانتومی مواد در کوتاه مدت کامپیوتر کوانتومی” است که به نظر می رسد در ماه جولای سال 2020 موضوع npj محاسباتی مواد. پژوهش و حمایت از سازمان حفاظت محیط زیست از علم و نیروی هوایی از تحقیقات علمی است.

###

این آرگون رهبری محاسبات تاسیسات فراهم می کند ابر قابلیت علمی و مهندسی جامعه به پیشرفت اساسی در کشف و درک در طیف گسترده ای از رشته ها. پشتیبانی شده توسط وزارت انرژی (DOE) دفتر علوم پیشرفته علمی محاسبات تحقیق (ASCR) برنامه ALCF یکی از دو سازمان حفاظت محیط زیست با رهبری امکانات رایانه ای در کشور اختصاص داده شده برای باز کردن علم است.

آزمایشگاه ملی آرگون ای به دنبال راه حل برای فشار دادن ملی مشکلات در علم و فن آوری است. ملت اول ملی آزمایشگاه آرگون انجام پیشرو اساسی و کاربردی پژوهش های علمی در هر رشته علمي. آرگون محققان با همکاری محققان از صدها نفر از شرکت ها و دانشگاه ها و, فدرال, سازمان های دولتی و شهرداری برای کمک به آنها در حل مشکلات خاص خود را دارند پیشبرد امریکا علمی رهبری و آماده سازی کشور برای آینده ای بهتر. با کارکنان از بیش از 60 سازمان ملل آرگون توسط UChicago آرگون, LLC برای وزارت انرژی را از علم است.

این دپارتمان انرژی ایالات متحده را از علم است بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و کار به آدرس برخی از مبرم ترین چالش های زمان ما. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید https://انرژی.gov/علم.

سلب مسئولیت: AAAS و EurekAlert! مسئول صحت اخبار منتشر شده به EurekAlert! با کمک موسسات و یا برای استفاده از هر گونه اطلاعات از طریق EurekAlert سیستم.

tinyurlis.gdu.nuclck.ruulvis.netshrtco.de