Une collaboration de recherche dirigée par le département de physique de l'Université de York a créé un logiciel open source pour aider à la création de matériaux quantiques qui pourraient à leur tour augmenter considérablement la puissance de calcul du monde.

Partout dans le monde, l'utilisation accrue des centres de données et de l'informatique en nuage consomme des quantités croissantes d'énergie. Les matériaux quantiques pourraient aider à résoudre ce problème, disent les chercheurs.

Les matériaux quantiques - des matériaux qui exploitent des effets quantiques non conventionnels résultant du comportement collectif des électrons - pourraient accomplir des tâches que l'on croyait auparavant impossibles, comme la récupération d'énergie à partir du spectre solaire complet ou le traitement de grandes quantités de données avec une faible dissipation thermique.

La conception de matériaux quantiques capables de fournir une puissance de calcul intense est guidée par des programmes informatiques sophistiqués capables de prédire comment les matériaux se comportent lorsqu'ils sont « excités » par des courants et des signaux lumineux.

La modélisation informatique a maintenant fait un « saut quantique » avec l'annonce de l'initiative Quantum KITE, une suite de codes informatiques open source développés par des chercheurs au Brésil, l'UE et l'Université de York. KITE est capable de simuler des matériaux réalistes avec un nombre d'atomes sans précédent, ce qui le rend idéal pour créer et optimiser des matériaux quantiques pour une variété d'applications énergétiques et informatiques.

Dr Aires Ferreira, un chercheur universitaire de la Royal Society et professeur agrégé de physique, qui dirige le groupe de recherche à l'Université de York, mentionné:

« Notre approche utilise une nouvelle classe d'algorithmes de simulation quantique pour aider à prédire et à adapter les propriétés des matériaux pour un large éventail d'applications allant des cellules solaires aux transistors de faible puissance.

"La première version du gratuit, Le code open source KITE démontre déjà des capacités très encourageantes en matière de structure électronique et de simulation de matériaux au niveau de l'appareil.

"La capacité de KITE à gérer des milliards d'orbitales atomiques, qui, à notre connaissance, est sans précédent dans aucun domaine de la science quantique, a le potentiel de débloquer de nouvelles frontières dans la physique de la matière condensée et la modélisation informatique des matériaux. »

L'un des aspects clés de KITE est sa flexibilité pour simuler des matériaux réalistes, avec différents types d'inhomogénéités et d'imperfections.

Dr. Tatiana Rappoport de l'Université fédérale de Rio de Janeiro au Brésil, mentionné:

"Ce logiciel open source est notre engagement à aider à éliminer les obstacles aux simulations quantiques réalistes et à promouvoir une culture scientifique ouverte. Notre code comporte plusieurs innovations, y compris une approche de « cellule de désordre » pour simuler les imperfections dans les arrangements périodiques d'atomes et un schéma efficace pour traiter les calculs intensifs en RAM qui peuvent être utiles à d'autres communautés scientifiques et à l'industrie. »

Lire le document de recherche dans Science ouverte de la Royal Society .