Международная группа учёных под руководством исследователей из Центра перспективных системных исследований (CASUS) при Центре Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR) в Германии и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) добилась значительного прогресса в описании этого состояния материи с помощью нового вычислительного метода.
Новое гибридное квантово-классическое вычисление для изучения химических систем
Профессор химии из Калифорнийского технологического института Сандип Шарма и его коллеги из IBM и Центра вычислительных наук RIKEN в Японии дают нам представление о будущем вычислений. Команда использовала квантовые вычисления в сочетании с классическими распределёнными вычислениями для решения сложной задачи в квантовой химии: определения уровней электронной энергии относительно сложной молекулы.
Группа сначала использовала квантовое устройство IBM, работающее на квантовом процессоре Heron, чтобы упростить математику, а затем использовала суперкомпьютер Fugaku в RIKEN для решения задачи. Они использовали до 77 кубитов (квантовых битов) в процессе.
Работа демонстрирует потенциал такого квантово-классического гибридного подхода для развития не только квантовой химии, но и таких областей, как материаловедение, нанотехнологии и открытие лекарств, где понимание электронного отпечатка материалов может показать, как они будут вести себя.
Эксперимент на крошечном коллайдере показывает, что трёх электронов достаточно для 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.
С помощью крошечного коллайдера, который они создали сами, исследователи успешно «ускорили» до пяти электронов одновременно по направлению к разделительному барьеру и подсчитали количество электронов с каждой стороны.
Результат: трёх электронов достаточно, чтобы показать сильные взаимодействия между частицами. С пятью электронами взаимодействия становятся настолько интенсивными, что имитируют поведение сотен миллиардов электронов. Вместе эти три частицы образуют настоящую «кучу» в жидком состоянии.
Экзотическое состояние материи: теплоплотная материя
Теплоплотная материя (Warm Dense Matter, WDM) — это экзотическое состояние материи, которое сочетает в себе свойства твёрдой, жидкой и газообразной фаз. До недавнего времени точное моделирование теплоплотной материи считалось сложной задачей.
Международная группа учёных под руководством исследователей из Центра перспективных системных исследований (CASUS) при Центре Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR) в Германии и Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) добилась значительного прогресса в описании этого состояния материи с помощью нового вычислительного метода.
Теплоплотная материя характеризуется температурами от нескольких тысяч до сотен миллионов кельвинов и плотностями, которые иногда превышают плотности твёрдых тел. Такие условия можно найти, например, внутри газовых планет, в коричневых карликах или в атмосферах белых карликов. На Земле теплоплотная материя может быть создана во время метеоритных ударов или в экспериментах с мощными лазерами.
Учёные использовали новый метод для определения важных параметров, таких как плотность и температура, из сигнала рассеяния без приближений. Анализ показал, что плотность образца была ниже, чем предполагалось ранее использованными моделями.
Теплоплотная материя и синтез новых высокотехнологичных материалов
Теплоплотная материя (WDM) представляет особый интерес для исследований в области материаловедения. Например, крошечные алмазы можно получить путём сжатия и нагрева пластмасс. WDM также играет центральную роль в исследованиях термоядерного синтеза, особенно в лазерном термоядерном синтезе, изучаемом в Национальном центре зажигания Ливерморской национальной лаборатории (NIF).
В экспериментах на NIF капсулы из бериллия сжимались более чем в 10 раз по сравнению с плотностью твёрдого тела и нагревались с помощью 192 лазерных лучей. Одновременно использовались мощные рентгеновские лучи для изучения крошечного образца. Рассеянные рентгеновские лучи показали, как плотным и горячим стал материал во время лазерного сжатия.
Новый метод может быть использован не только для диагностики, но и для получения уравнений состояния — то есть соотношений между давлением, температурой и энергией. Такие данные актуальны для разработки термоядерных электростанций, но также и для понимания экзопланет.
В настоящее время учёные планируют провести новую серию экспериментов на NIF.