Kenji Ohmori (Instituto de Ciência Molecular, Institutos Nacionais de Ciências Naturais, Japão) e um grupo de colaboradores desenvolveram o simulador mais rápido do mundo para a dinâmica da mecânica quântica de um grande número de partículas interagindo entre si em um bilionésimo de segundo.

A dinâmica das interações entre um grande número de elétrons governa uma variedade de fenômenos físicos e químicos importantes, incluindo supercondutividade, magnetismo e reações químicas. Um conjunto de muitas partículas interagindo entre si é conhecido como um "sistema fortemente correlacionado". Compreender as propriedades de sistemas fortemente correlacionados é, portanto, um dos objetivos centrais das ciências modernas. É extremamente difícil, Contudo, para prever teoricamente as propriedades de um sistema fortemente correlacionado, mesmo usando o supercomputador japonês pós-K, cuja conclusão está prevista para o ano de 2020.

Por exemplo, o pós-K não consegue nem calcular a energia precisa, a propriedade mais básica da matéria, quando o número de partículas no sistema é superior a 30. Em vez de calcular com um computador clássico, como o pós-K, um conceito alternativo, um "simulador quântico, " Foi proposto, em que partículas de mecânica quântica, como átomos, são montadas em um sistema artificial fortemente correlacionado, cujas propriedades são conhecidas e controláveis. O último é então usado para simular e compreender as propriedades de um sistema diferente fortemente correlacionado cujas propriedades não são conhecidas.

A equipe desenvolveu agora um simulador quântico completamente novo para a dinâmica de um sistema fortemente correlacionado de mais de 40 átomos em um bilionésimo de segundo. Isso foi realizado através da introdução de uma nova abordagem na qual um pulso de laser ultracurto a uma largura de pulso de apenas 100 bilionésimos de segundo é empregado para controlar um conjunto de alta densidade de átomos resfriados a temperaturas próximas do zero absoluto. Além disso, eles conseguiram simular o movimento dos elétrons desse sistema fortemente correlacionado que é modulado pela mudança da força das interações entre muitos átomos no conjunto.

Espera-se que este "simulador quântico ultrarrápido" sirva como uma ferramenta básica para investigar a origem das propriedades físicas da matéria, incluindo magnetismo e, possivelmente, supercondutividade.

Este resultado será publicado em Nature Communications em 16 de novembro de 2016.