Gigantyczny postęp w technologiach obliczeniowych
Świat kwantowy to dziwne miejsce, w którym często można spotkać zjawiska sprzeczne z intuicją. Nadprzewodnictwo, czyli zerowy opór elektryczny obserwowany w przypadku niektórych materiałów poniżej określonych temperatur, jest znakomitym przykładem takich dziwnych zachowań. Zrozumienie i opisanie zjawisk na poziomie kwantowym wymaga skomplikowanych modeli matematycznych oraz złożonych równań. Jednak wiele z nich, na przykład teoria nadprzewodnictwa pola średniego Bardeena-Coopera-Schrieffera (BCS), zapewniają jedynie przybliżenie rzeczywistości. W teorii BCS opisano nadprzewodnictwo jako skutek mikroskopowy spowodowany "kondensacją" par elektronów w stanie przypominającym bozony. Aby zbadać bardziej złożone korelacje kwantowe, badacze muszą uciekać się do metod wykraczających poza teorię pola średniego. Jednym z obiecujących kandydatów są modele Richardsona-Gaudina (RG), w których przedstawiono matematyczne rozwiązania, które można rozwiązać w sposób precyzyjny. Jednak z powodu występujących tam osobliwości proces ten jest żmudny, co wyjaśnia dlaczego modele RG nie przyciągnęły dotąd uwagi, na jaką zasługują. W ramach projektu "Nowe narzędzia obliczeniowe do modelowania korelacji w systemach kwantowych" (Quantum Modelling) starano się uzyskać wiedzę na podstawie modeli rozwiązywalnych w sposób jednoznaczny, takich jak równania RG, w celu zwiększenia dokładności metod kwantowych Monte Carlo (QMC) na potrzeby modelowania skorelowanych systemów kwantowych. Dotyczy to zagadnień takich jak zimne gazy atomowe, materia jądrowa oraz niekonwencjonalne nadprzewodniki. Nazwana na cześć słynnego kasyna metoda QMC to liczna klasa algorytmów matematycznych, symulujących systemy kwantowe w celu rozwiązania kwantowego zagadnienia wielu ciał. Jednym z głównych punktów przełomowych projektu było opracowanie kodu komputerowego, za pomocą którego można skutecznie rozwiązywać równania RG nawet dla tysięcy cząsteczek. Utorowało to drogę do zastosowania modeli RG w analizie korelacji w systemach kwantowych, w szczególności w odniesieniu do wyjątkowo małych cząstek metalowych, jąder atomowych oraz nadprzewodników p-wave. Równania RG opisują korelacje kwantowe w idealnych warunkach zera absolutnego. Opisują również korelacje par jąder atomowych. Aby maksymalnie wykorzystać potencjał naukowy projektu Quantum Modelling oraz jego efekty, biorący w nim udział badacze zaplanowali również opublikowanie kodu komputerowego jako oprogramowania otwartego.
