El Laboratorio Nacional de Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos ha lanzado un programa de investigación de cuatro años que permite a los científicos revolucionar la forma en que entienden y diseñan materiales cuánticos.
Conocido como un número controlado para transitorios de emergencia en materia cuántica sin equilibrio (Conneqt), la iniciativa reúne a expertos de Ornl, Laboratorio Nacional de Los Alamos, Laboratorio Nacional de Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley, Laboratorio de Aceleradores Nacionales SLAC y la Universidad de Knoxville.
Su objetivo es modelar el comportamiento complejo de los materiales impulsados desde el equilibrio utilizando la computación de alto rendimiento (HPC). Esto se empuja fuera del equilibrio natural por calor, luz, campos magnéticos o corrientes.
La importancia de los materiales cuánticos que no son de equilibrio
En aplicaciones reales, los materiales rara vez descansan. Ya sea microelectrónica, computación cuántica o dispositivos de energía, la exposición constante a fuerzas externas significa que sus propiedades están cambiando constantemente.
Un entorno sin equilibrio desbloquea las etapas ocultas de la materia y revela nuevos fenómenos que permanecen invisibles en equilibrio.
Comprender cómo reaccionan los materiales cuánticos en estas condiciones es esencial para el desarrollo de tecnologías de próxima generación.
Desde superconductores no convencionales hasta imanes cuánticos, dominar sus acciones podría allanar el camino para avances en tecnología de la información, eficiencia energética y ciencia de la información cuántica.
Llenar el vacío entre experimentos y teoría
Los avances experimentales han revelado ideas notables sobre cómo se comportan los materiales cuánticos cuando están fuera de balance, pero la ciencia computacional está luchando por mantener el ritmo.
Para predecir su evolución a largo plazo y su comportamiento a gran escala, los modelos pueden capturar con extremadamente precisión las interacciones complejas entre electrones y partículas.
Conneqt luego interviene. Al combinar herramientas matemáticas avanzadas con el poder informático de Exascale, la colaboración tiene como objetivo cerrar la brecha entre la teoría y el experimento.
El proyecto utilizará Frontier, la primera supercomputadora exuspala del mundo alojada en ORNL, para ejecutar simulaciones de vanguardia a una escala sin precedentes.
Los tres pilares de investigación de Conneqt
Durante los próximos cuatro años, el equipo se centrará en tres objetivos ambiciosos.
Nuevo marco computacional: construir un método robusto e imparcial para predecir cómo se comportan los electrones interactivos bajo fuerzas externas. Modelado acelerado: aplique innovaciones matemáticas e informática para acelerar la simulación de sistemas dinámicos complejos. Descubriendo el comportamiento de emergencia: utilizando las supercomputadoras, cómo interactúan los electrones para generar patrones y propiedades inesperados en materiales cuánticos sin equilibrio.
Al perseguir estos objetivos, los investigadores quieren crear un conjunto de herramientas que no solo pueda explicar los hallazgos experimentales actuales, sino que también predice nuevos estados materiales que puedan transformar la tecnología.
El camino hacia los avances de energía futuros
El impacto más amplio de este estudio va mucho más allá de la teoría. Al revelar cómo se comportan los materiales cuánticos en condiciones reales, Conneqt puede inducir la innovación en aplicaciones relacionadas con la energía, desde superconductores más eficientes hasta nuevos dispositivos cuánticos.
El conocimiento obtenido también se vuelve a alimentar a la computación de alto rendimiento y avanza las capacidades de la simulación de ciencias en sí.
La combinación de institutos de investigación nacionales, investigadores académicos y el poder computacional en bruto del sistema Ekascale ha permitido a Conneqt impulsar la frontera de la investigación de materiales cuánticos.
Los próximos cuatro años no solo pueden profundizar la comprensión científica, sino que también sentaron las bases de la tecnología que redefine la informática, la comunicación y la energía.
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