Una collaborazione di ricerca guidata dal Dipartimento di Fisica dell'Università di York ha creato un software open source per assistere nella creazione di materiali quantistici che potrebbero a loro volta aumentare notevolmente la potenza di calcolo mondiale.

In tutto il mondo il crescente utilizzo di data center e cloud computing sta consumando quantità crescenti di energia:i materiali quantistici potrebbero aiutare ad affrontare questo problema, dicono i ricercatori.

I materiali quantistici, materiali che sfruttano effetti quantistici non convenzionali derivanti dal comportamento collettivo degli elettroni, potrebbero svolgere compiti precedentemente ritenuti impossibili, come la raccolta di energia dall'intero spettro solare o l'elaborazione di grandi quantità di dati con una bassa dissipazione del calore.

La progettazione di materiali quantistici in grado di fornire un'intensa potenza di calcolo è guidata da sofisticati programmi per computer in grado di prevedere come si comportano i materiali quando "eccitati" con correnti e segnali luminosi.

La modellazione computazionale ha ora compiuto un "salto quantico" con l'annuncio dell'iniziativa Quantum KITE, una suite di codici informatici open source sviluppati da ricercatori in Brasile, l'UE e l'Università di York. KITE è in grado di simulare materiali realistici con un numero di atomi senza precedenti, rendendolo ideale per creare e ottimizzare materiali quantistici per una varietà di applicazioni energetiche e informatiche.

Dott. Aires Ferreira, un ricercatore della Royal Society University e professore associato di fisica, che guida il gruppo di ricerca dell'Università di York, disse:

"Il nostro approccio utilizza una nuova classe di algoritmi di simulazione quantistica per aiutare a prevedere e personalizzare le proprietà dei materiali per un'ampia gamma di applicazioni che vanno dalle celle solari ai transistor a bassa potenza.

"La prima versione del libero, Il codice open source KITE dimostra già capacità molto incoraggianti nella struttura elettronica e nella simulazione dei materiali a livello di dispositivo.

"La capacità di KITE di gestire miliardi di orbitali atomici, che a nostra conoscenza è senza precedenti in qualsiasi area della scienza quantistica, ha il potenziale per sbloccare nuove frontiere nella fisica della materia condensata e nella modellazione computazionale dei materiali".

Uno degli aspetti chiave di KITE è la sua flessibilità nel simulare materiali realistici, con diversi tipi di disomogeneità e imperfezioni.

Dott.ssa Tatiana Rappoport dell'Università Federale di Rio de Janeiro in Brasile, disse:

"Questo software open source è il nostro impegno per aiutare a rimuovere le barriere alle simulazioni quantistiche realistiche e per promuovere una cultura della scienza aperta. Il nostro codice ha diverse innovazioni, compreso l'approccio "cella disordinata" per simulare le imperfezioni all'interno di disposizioni periodiche di atomi e uno schema efficiente per gestire calcoli intensivi di RAM che possono essere utili ad altre comunità scientifiche e all'industria".

Leggi il documento di ricerca in Royal Society Scienza Aperta .