Forskare vid Aalto-universitetet har presenterat ett genombrott inom kvantforskning som kan förändra hur vi utvecklar framtidens material. Genom en ny kvantinspirerad algoritm kan problem som tidigare ansågs omöjliga för dagens superdatorer nu lösas på bara några sekunder.
Genombrott för kvasikristaller
Forskarlaget vid institutionen för tillämpad fysik, under ledning av biträdande professor Jose Lado och doktorandforskaren Tiago Antão, har fokuserat på kvasikristaller. Dessa är icke-periodiska material med en matematisk komplexitet som gör dem extremt svåra att simulera. En enda simulering kan involvera mer än en kvadriljard tal – en skala som vida överstiger kapaciteten hos dagens kraftfullaste superdatorer.
Genom att använda så kallade tensornätverk har forskarna lyckats koda exponentiellt stora beräkningsutrymmen. Detta har gjort det möjligt att beräkna egenskaper hos en kvasikristall med över 268 miljoner platser nästan omedelbart. Metoden ger en exponentiell hastighetsökning genom att koda problemet som ett kvantmekaniskt mångkropparsystem.
Nyckeldetaljer i upptäckten
- Extrem hastighet: Komplexa materialproblem som tidigare tog orimlig tid löses nu på sekunder.
- Massiv skala: Algoritmen hanterade framgångsrikt simuleringar med över 268 miljoner unika punkter.
- Innovativ teknik: Använder tensornätverk för att hantera exponentiellt stora datamängder.
Framtidens elektronik och kvantdatorer
Detta genombrott är inte bara teoretiskt intressant utan har stora praktiska tillämpningar för nästa generations teknik. Forskningen möjliggör utvecklingen av:
- Topologiska kvantbitar: En avgörande komponent för att bygga stabilare kvantdatorer.
- Super-moiré-material: Avancerade strukturer för framtidens materialvetenskap.
- Förlustfri elektronik: Utveckling av komponenter som leder elektricitet utan energiförlust. Detta är särskilt relevant för att minska energibehovet och värmeutvecklingen i stora AI-drivna datacenter.
Enligt Jose Lado skapar detta en produktiv återkopplingsloop: nya kvantalgoritmer möjliggör upptäckten av nya material, som i sin tur kan användas för att bygga ännu bättre kvanthårdvara.
Implementering och nästa steg
Studien, med titeln "Tensor Network Method for Real-Space Topology in Quasicrystal Chern Mosaics", har publicerats i den ansedda tidskriften Physical Review Letters.
Även om algoritmen för närvarande är teoretisk, pekar forskarna på att den kan anpassas för verklig kvanthårdvara, såsom AaltoQ20 och den finländska infrastrukturen för kvantberäkningar, vartefter dessa system utvecklas i skala och precision. Projektet har stöttats av ERC Consolidator-anslaget ULTRATWISTROICS och Center of Excellence in Quantum Materials (QMAT).
