Kvantmångkroppssystem är saker som atomkärnor som består av många små partiklar som rör sig på komplexa sätt. Detta gör det extremt svårt att förutsäga hur systemen beter sig när partiklarna interagerar. För att studera dessa system använder forskare beräkningsverktyg som kallas kvant Monte Carlo-simuleringar.
I detta arbete använde forskare en specifik kvant Monte Carlo-metod som kallas "floating block method" för att beräkna atomkärnor som motsvarar två olika Hamiltonianer och hur de överlappar varandra. Hamiltonianer är matematiska beskrivningar av energin i ett kvantsystem. Studien är publicerad i tidskriften Physical Review Letters .
Genom att studera Hamiltonians kan forskare förstå hur ett kvantsystem förändras över tiden. Den flytande blockmetoden gör det möjligt att göra beräkningar som tidigare var omöjliga för stora kvantsystem.
Den flytande blockmetoden gör det möjligt för forskare att använda kvantmonterade Monte Carlo-simuleringar för att bygga snabba och exakta emulatorer för kvantsystem. Det fungerar genom att beräkna data för flera olika specifika parametervärden – de värden som definierar kvantsystemet.
Dessa baslinjedata tillåter forskare att skapa en emulator som exakt förutsäger resultaten för alla parametervärden inom ett specifikt område. Denna användning av flytande blockmetoden och kvantmonterade Monte Carlo-simuleringar har många potentiella tillämpningar. Det kan till exempel hjälpa forskare som arbetar med kvantberäkningar.
Forskare från Forschungszentrum Jülich, University of Bonn och anläggningen för sällsynta isotopstrålar vid Michigan State University använde flytblocksmetoden för att beräkna överlappningen mellan energitillstånden för olika Hamiltonianer med hjälp av Monte Carlo-kvantberäkningar.
För att beräkna överlappningen mellan energitillstånd använder den flytande blockmetoden imaginär (i motsats till realvärderad) tidsutveckling för två olika Hamiltonianer och omarrangerar tidsblocken i en gradvis sekvens av beräkningar. Processen påminner om ett isblock som bryter sig loss från en stor ismassa och flyter ut i havet.
Beräkningseffektiviteten för metoden med flytande block är storleksordningar bättre än andra tillvägagångssätt, med beräkningsfördelen som växer ännu större med systemstorleken.
Mer information: Avik Sarkar et al, Floating Block Method for Quantum Monte Carlo Simulations, Physical Review Letters (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.242503
Journalinformation: Fysiska granskningsbrev
Tillhandahålls av US Department of Energy
