Les systèmes quantiques à N corps sont des éléments tels que les noyaux atomiques constitués de nombreuses petites particules se déplaçant de manière complexe. Cela rend extrêmement difficile la prévision du comportement des systèmes lors de l’interaction des particules. Pour étudier ces systèmes, les chercheurs utilisent des outils informatiques appelés simulations quantiques de Monte Carlo.
Dans ce travail, les chercheurs ont utilisé une approche quantique spécifique de Monte Carlo appelée « méthode des blocs flottants » pour calculer les noyaux atomiques correspondant à deux hamiltoniens différents et la manière dont ils se chevauchent. Les hamiltoniens sont des descriptions mathématiques de l'énergie d'un système quantique. L'étude est publiée dans la revue Physical Review Letters. .
L'étude des hamiltoniens permet aux scientifiques de comprendre comment un système quantique évolue au fil du temps. La méthode des blocs flottants permet d'effectuer des calculs qui étaient auparavant impossibles pour les grands systèmes quantiques.
La méthode des blocs flottants permet aux chercheurs d’utiliser des simulations quantiques de Monte Carlo pour créer des émulateurs rapides et précis pour les systèmes quantiques. Il fonctionne en calculant des données pour plusieurs valeurs de paramètres spécifiques différentes :les valeurs qui définissent le système quantique.
Ces données de base permettent aux chercheurs de créer un émulateur qui prédira avec précision les résultats pour toutes les valeurs de paramètres dans une plage spécifique. Cette utilisation de la méthode des blocs flottants et des simulations quantiques de Monte Carlo a de nombreuses applications potentielles. Par exemple, cela pourrait aider les scientifiques travaillant sur l'informatique quantique.
Des chercheurs du Forschungszentrum Jülich, de l'Université de Bonn et de l'Installation pour les faisceaux d'isotopes rares de l'Université de l'État du Michigan ont utilisé la méthode des blocs flottants pour calculer le chevauchement entre les états énergétiques de différents hamiltoniens à l'aide de calculs quantiques de Monte Carlo.
Pour calculer le chevauchement entre les états énergétiques, la méthode des blocs flottants utilise une évolution temporelle imaginaire (par opposition à une valeur réelle) pour deux hamiltoniens différents et réorganise les blocs temporels dans une séquence progressive de calculs. Le processus rappelle un bloc de glace se détachant d'une grande masse de glace et flottant dans la mer.
L'efficacité de calcul de la méthode des blocs flottants est bien supérieure à celle des autres approches, l'avantage de calcul augmentant encore avec la taille du système.
Plus d'informations : Avik Sarkar et al, Méthode des blocs flottants pour les simulations quantiques de Monte Carlo, Physical Review Letters (2023). DOI : 10.1103/PhysRevLett.131.242503
Informations sur le journal : Lettres d'examen physique
Fourni par le Département américain de l'énergie
