Konkurencyjność UE w dziedzinie oprogramowania komputerowego dotyczącego zjawisk kwantowych
Naukowcy co dzień stosują teorie kwantowe do poznawania i przewidywania zachowań podzespołów komputerowych, laserów, substancji chemicznych i różnego rodzaju nowatorskich nanomateriałów. Dopiero w ostatnich latach pojawiła się realna możliwość stosowania mechaniki kwantowej do prac obliczeniowych w dziedzinie materiałoznawstwa, gdzie badacze regularnie pracują na układach liczących dziesiątki tysięcy atomów. Przedstawiciele przemysłu i środowisk akademickich połączyli siły w ramach finansowanego ze środków UE projektu QUASINANO (Quantum-mechanical simulations for the nanoscale), aby tworzyć na bazie teorii kwantowej innowacyjne metody do symulowania modeli materiałów obejmujących 10 000 atomów w nanoskali. Rozszerzając metodę parametryczną wykorzystującą przybliżenie teorii funkcjonału gęstości (napięte wiązanie funkcjonału gęstości), udało się uwzględnić większość układu okresowego pierwiastków i uzyskiwać dokładniejsze informacje o strukturze elektronowej i właściwościach spektroskopowych poprzez poprawienie jakości gęstości elektronowej. Wygenerowano i sprawdzono uniwersalne parametry pomiaru struktur pasm elektronowych. Przetestowano też i wdrożono nowoczesne narzędzia matematyczne do optymalizowania parametrów i obliczania energii odpychania. Dzięki tej wysoce skutecznej technice stało się po raz pierwszy możliwe analizowanie dowolnych materiałów. Metoda została zaimplementowana w komercyjnym oprogramowaniu ADF i umożliwia obliczenia na cząsteczkach, powierzchniach, ciałach stałych lub dowolnym innym układzie nanostrukturalnym. Wykonano prace rozwojowe bazujące na istniejących funkcjach oprogramowania ADF. Metody i oprogramowanie zintegrowano z istniejącym pakietem oprogramowania ADF w małym przedsiębiorstwie i wykorzystano w trudnych zastosowaniach środowiskowych z zakresu nanonauk. W ramach upowszechniania wyników projektu zorganizowano w Holandii i Niemczech dwa warsztaty międzynarodowe. Łącznie opublikowano około 50 artykułów w pismach branżowych. Projekt QUASINANO poprawił konkurencyjność i pozycję rynkową europejskiego sektora oprogramowania wykorzystującego teorię kwantową. Stworzony pakiet modelowania ADF pozwoli naukowcom skuteczniej zajmować się najtrudniejszymi zagadnieniami badawczymi w dziedzinie materiałoznawstwa obliczeniowego.
Słowa kluczowe
Kwantowe, oprogramowanie komputerowe, materiałoznawstwo, symulacje kwantowomechaniczne, teoria funkcjonału gęstości
