Международная группа исследователей под руководством учёных из Центра перспективных системных исследований (CASUS) при Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) в Германии и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) добилась значительного прогресса в описании тёплого плотного вещества (Warm Dense Matter, WDM) — экзотического состояния материи, сочетающего свойства твёрдой, жидкой и газообразной фаз.
Новый гибридный квантово-классический вычислительный подход использован для изучения химических систем. До сих пор точное моделирование WDM считалось сложной задачей. Однако учёным удалось описать это состояние материи более точно, чем раньше.
Основные моменты исследования:
- Состояние WDM характеризуется температурами от нескольких тысяч до сотен миллионов кельвинов и плотностями, иногда превышающими твёрдые вещества.
- Применение метода Path Integral Monte Carlo (PIMC) позволило получить точное квантово-механическое описание WDM. Однако из-за так называемой проблемы знака (sign problem) большинство существующих моделей не достигают необходимой точности.
- Введение статистики воображаемых частиц помогло смягчить проблему знака. Это позволило применить точный метод PIMC к реалистичному материалу — бериллию.
Эксперименты в LLNL показали, что плотность образца была ниже, чем предполагалось ранее используемыми моделями. Это открытие имеет решающее значение для моделирования процесса термоядерного синтеза водорода.
Новый гибридный подход в квантовой химии
Профессор химии Калифорнийского технологического института Сандип Шарма и его коллеги из IBM и Центра вычислительных наук RIKEN в Японии демонстрируют будущее вычислений. Команда использовала квантовые вычисления в сочетании с классическими распределёнными вычислениями для решения сложной задачи в квантовой химии: определения энергетических уровней электронов относительно сложной молекулы.
Работа демонстрирует потенциал такого квантово-классического гибридного подхода для продвижения не только квантовой химии, но и таких областей, как материаловедение, нанотехнологии и открытие лекарств.
Основные моменты исследования:
- Квантово-центричное супервычисление позволяет объединять классические алгоритмы, работающие на высокопроизводительных классических компьютерах, с квантовыми алгоритмами, работающими на квантовых компьютерах, для получения полезных химических результатов.
- Использование квантового устройства IBM и суперкомпьютера Fugaku в RIKEN позволило решить задачу с использованием до 77 кубитов (квантовых битов).
- Исследование системы железо-сера [4Fe-4S] — важного компонента многих биологических реакций — показало, что квантовые алгоритмы могут превосходить классические аналоги.
Три электрона достаточно для возникновения сильных взаимодействий между частицами
Учёные из CNRS и Университета Гренобль-Альпы в сотрудничестве с командами из Германии и Латвии продемонстрировали, что трёх электронов достаточно для возникновения сильных взаимодействий между частицами. Это было показано в исследовании, опубликованном в журнале Nature.
Основные моменты исследования:
- С помощью крошечного коллайдера исследователи успешно «ускорили» до пяти электронов одновременно к барьеру разделения и подсчитали количество электронов с каждой стороны.
- Результат: трёх электронов достаточно для демонстрации сильных взаимодействий между частицами. С пятью электронами взаимодействия становятся настолько интенсивными, что имитируют поведение сотен миллиардов электронов.
- Принципы, лежащие в основе этого эксперимента, применимы не только в наноэлектронике, но и в физике элементарных частиц, например, на LHC.