Kenji Ohmori (Instituto de Ciencia Molecular, Institutos Nacionales de Ciencias Naturales, Japón) y un grupo de colaboradores han desarrollado el simulador más rápido del mundo para la dinámica mecánica cuántica de una gran cantidad de partículas que interactúan entre sí en una mil millonésima de segundo.

La dinámica de las interacciones entre un gran número de electrones gobierna una variedad de importantes fenómenos físicos y químicos, incluida la superconductividad, magnetismo y reacciones químicas. Un conjunto de muchas partículas que interactúan así entre sí se denomina "sistema fuertemente correlacionado". Comprender las propiedades de los sistemas fuertemente correlacionados es, por tanto, uno de los objetivos centrales de las ciencias modernas. Es extremadamente dificil sin embargo, para predecir teóricamente las propiedades de un sistema fuertemente correlacionado incluso usando la supercomputadora japonesa post-K, cuya finalización está prevista para el año 2020.

Por ejemplo, el post-K ni siquiera puede calcular la energía precisa, la propiedad más básica de la materia, cuando el número de partículas en el sistema es más de 30. En lugar de calcular con una computadora clásica como la post-K, un concepto alternativo, un "simulador cuántico, " ha sido propuesto, en el que las partículas de la mecánica cuántica, como los átomos, se ensamblan en un sistema artificial fuertemente correlacionado cuyas propiedades son conocidas y controlables. Este último se utiliza luego para simular y comprender las propiedades de un sistema diferente fuertemente correlacionado cuyas propiedades se desconocen.

El equipo ha desarrollado ahora un simulador cuántico completamente nuevo para la dinámica de un sistema fuertemente correlacionado de más de 40 átomos en una milmillonésima de segundo. Esto se ha logrado mediante la introducción de un enfoque novedoso en el que se emplea un pulso láser ultracorto con un ancho de pulso de solo 100 mil millonésimas de segundo para controlar un conjunto de átomos de alta densidad enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto. Es más, han logrado simular el movimiento de los electrones de este sistema fuertemente correlacionado que se modula al cambiar la fuerza de las interacciones entre muchos átomos en el conjunto.

Se espera que este "simulador cuántico ultrarrápido" sirva como herramienta básica para investigar el origen de las propiedades físicas de la materia, incluido el magnetismo y, posiblemente, superconductividad.

Este resultado se publicará en Comunicaciones de la naturaleza el 16 de noviembre de 2016.