Veure l'invisible mitjançant simulador

2014/04/29 Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Fisika
• Teknologia

Un treball realitzat en el Departament de Química Física de la UPV ha permès desenvolupar simuladors quàntics que simulen amb precisió el comportament de complexos sistemes físics (molècules químiques o partícules relativistes). A través d'ells s'han descrit l'estabilitat d'àtoms i molècules, la reactivitat de compostos químics i el resultat de la interacció entre radiació i matèria, entre altres.

Totes aquestes situacions constitueixen la base del nostre món físic i no poden aparèixer en l'àmbit de la física clàssica. “Els processos físics que es produeixen a nivell quàntic es deuen a models matemàtics molt sofisticats que no es poden investigar amb ordinadors actuals a causa de les seves limitacions computacionals”, explica el doctor Jorge Casanova, investigador del Departament de Química Física de la UPV. Els investigadors de la UPV han utilitzat els simuladors quàntics com a solució a la limitació computacional, capaces de recrear la dinàmica d'un determinat sistema físic, superant els límits dels ordinadors tradicionals.

Bàsicament, el funcionament d'aquests sistemes consisteix a aïllar els àtoms aïllats en un mitjà controlat per a evitar interferències amb l'entorn. Després, a través dels làsers, es realitzen diverses operacions, com excitar o desactivar els electrons d'aquests àtoms. “D'aquesta manera aconseguim que actuï com el sistema que volem investigar”, explica Casanova.

Durant l'estudi s'han dissenyat protocols de simulació quàntica per a diferents situacions físiques. Per exemple, van construir un simulador de sistemes relativistes per a simular partícules que es desplacen a la velocitat de la llum, “actuant com si els ions immòbils estiguessin en moviment a la velocitat de la llum”. També s'han proposat simuladors de fermions i sistemes de bosons en interacció. “Aquest pas és molt important —explica Casanova— perquè són dos tipus de partícules en la naturalesa”: en els àtoms, per exemple, els electrons són fermions, i els bosons, protons i neutrons, o fotons. “Coneixem bé les equacions que descriuen la dinàmica d'aquests sistemes, però no podem resoldre-les perquè són molt complexes”, afirma.

La informació que ofereixen els simuladors és “molt interessant” des del punt de vista tecnològic, segons Casanova. Encara que encara estan en els seus inicis, “jo crec que en 5-10 anys serem capaços de desenvolupar molècules específiques de determinats processos com l'absorció d'energia solar, així com de dissenyar materials i medicaments. Quan arribem a comprendre sistemes complexos, podrem predir com actuaran i dissenyar una nova tecnologia basada en aquest coneixement”.