La compétitivité de l'UE en matière de logiciels d'ordinateurs basés sur une théorie quantique
Les scientifiques appliquent au quotidien les théories quantiques pour comprendre et prévoir le comportement des composants d'ordinateurs, des lasers, des produits chimiques et de toutes sortes de nouveaux nanomatériaux. Ce n'est que très récemment que la mécanique quantique a pu être appliquée au traitement informatique de la science des matériaux, qui simule régulièrement des systèmes de dizaines de milliers d'atomes ou plus. Dans le cadre du projet QUASINANO (Quantum-mechanical simulations for the nanoscale), financé par l'UE, des entreprises et des universités se sont associées pour appliquer une théorie quantique afin de concevoir des méthodes innovantes capables de simuler à l'échelle nanométrique des modèles de matériaux contenant 10 000 atomes. Les chercheurs ont étendu une méthode paramétrique d'approximation de la théorie de la fonctionnelle de densité (liaisons fortes basées sur la fonctionnelle de densité), capable de couvrir la plus grande partie du tableau périodique. En améliorant la qualité de la simulation de la densité d'électrons, ils comptaient apporter des informations plus exactes sur la structure électronique et les propriétés spectroscopiques. Ils ont généré et validé des paramètres universels pour mesurer la structure des bandes électroniques. Ils ont aussi testé et mis en œuvre des outils mathématiques sophistiqués pour optimiser les paramètres et calculer l'énergie de répulsion. Pour la première fois, cette technique hautement efficace permet de traiter tout matériau. En outre, les chercheurs ont intégré cette méthode dans un logiciel ADF, permettant de gérer des molécules, des surfaces et des solides, ainsi que n'importe quel système nanostructuré. Ils se sont appuyés sur les fonctionnalités ADF pour les développements des logiciels, et intégré leurs méthodes et logiciels à une suite d'ADF pour PME, puis ils l'ont appliquée à des utilisations délicates des nanosciences au service de l'environnement. Le projet a organisé des ateliers internationaux en Allemagne et aux Pays-Bas pour diffuser ses résultats. Il a publié un cinquantaine d'articles dans des revues à comité de lecture. Le projet QUASINANO a dynamisé la compétitivité et la position de l'Europe sur le marché des logiciels basés sur une théorie quantique. La suite de modélisation ADF permet aux scientifiques de s'attaquer plus facilement aux recherches les plus difficiles en matière de science des matériaux par informatique.
Mots‑clés
Quantique, logiciel d'ordinateur, science des matériaux, simulations de mécanique quantique, théorie de la fonctionnelle de densité
