Ett forskningssamarbete ledd av University of Yorks institution för fysik har skapat programvara med öppen källkod för att hjälpa till med skapandet av kvantmaterial som i sin tur kan öka världens datorkraft avsevärt.

Över hela världen förbrukar den ökade användningen av datacenter och cloud computing växande mängder energi – kvantmaterial kan hjälpa till att ta itu med detta problem, säger forskarna.

Kvantmaterial - material som utnyttjar okonventionella kvanteffekter som härrör från elektronernas kollektiva beteende - skulle kunna utföra uppgifter som tidigare ansågs omöjliga, som att skörda energi från hela solspektrumet eller bearbeta stora mängder data med låg värmeavledning.

Utformningen av kvantmaterial som kan leverera intensiv datorkraft styrs av sofistikerade datorprogram som kan förutsäga hur material beter sig när de "exciteras" med strömmar och ljussignaler.

Beräkningsmodellering har nu tagit ett "kvantsprång" framåt med tillkännagivandet av Quantum KITE-initiativet, en uppsättning datorkoder med öppen källkod utvecklad av forskare i Brasilien, EU och University of York. KITE kan simulera realistiska material med ett aldrig tidigare skådat antal atomer, vilket gör den idealisk för att skapa och optimera kvantmaterial för en mängd olika energi- och datortillämpningar.

Dr Aires Ferreira, en Royal Society University Research Fellow och docent i fysik, som leder forskargruppen vid University of York, sa:

"Vårt tillvägagångssätt använder en ny klass av kvantsimuleringsalgoritmer för att hjälpa till att förutsäga och skräddarsy materialegenskaper för ett brett spektrum av applikationer, allt från solceller till lågeffekttransistorer.

"Den första versionen av gratis, KITE-kod med öppen källkod visar redan mycket uppmuntrande kapacitet i elektronisk struktur och simulering av material på enhetsnivå.

"KITEs förmåga att hantera flera miljarder atomorbitaler, som såvitt vi vet är oöverträffad inom något område av kvantvetenskap, har potential att låsa upp nya gränser inom fysik av kondenserad materia och beräkningsmodellering av material. "

En av nyckelaspekterna med KITE är dess flexibilitet att simulera realistiska material, med olika slags inhomogeniteter och ofullkomligheter.

Dr. Tatiana Rappoport från Federal University of Rio de Janeiro i Brasilien, sa:

"Denna programvara med öppen källkod är vårt åtagande att hjälpa till att ta bort hinder för realistiska kvantsimuleringar och att främja en öppen vetenskapskultur. Vår kod har flera innovationer, inklusive "störningscell"-metod för att simulera ofullkomligheter inom periodiska arrangemang av atomer och ett effektivt schema för att hantera RAM-intensiva beräkningar som kan vara användbara för andra forskarsamhällen och industri."

Läs forskningsrapporten i Royal Society Open Science .