為解決量子多體計(jì)算中處理復(fù)雜相互作用的困難，國(guó)際原子核格點(diǎn)有效場(chǎng)論合作組提出一套全新的理論方法，并使用該方法進(jìn)行了核物理的第一性原理（ab initio）計(jì)算。由于此方法的創(chuàng)新性、廣泛的應(yīng)用以及對(duì)核理論方法的推動(dòng)，相關(guān)成果5月15日發(fā)表于《自然》雜志。
記者獲悉，華南師范大學(xué)量子物質(zhì)研究院特聘副研究員馬遠(yuǎn)卓為國(guó)際原子核格點(diǎn)有效場(chǎng)論合作組主要成員之一。馬遠(yuǎn)卓依托南方核科學(xué)計(jì)算中心的優(yōu)質(zhì)計(jì)算資源，開發(fā)出大規(guī)模高性能GPU格點(diǎn)計(jì)算程序，為此項(xiàng)工作的理論計(jì)算提供了強(qiáng)有力支撐。
從強(qiáng)相關(guān)費(fèi)米體系到量子化學(xué)，從原子和分子系統(tǒng)到核物理，第一性原理（ab initio）計(jì)算在深入理解量子多體系統(tǒng)的許多子領(lǐng)域中起著至關(guān)重要的作用。由于真實(shí)量子系統(tǒng)相互作用的復(fù)雜性，高精度的第一性原理計(jì)算往往充滿挑戰(zhàn)。在這項(xiàng)工作中，研究者提出一套解決該問題的全新方案，波函數(shù)匹配（wave function matching）方法。
波函數(shù)匹配方法的核心是構(gòu)建一組粒子間相互作用的幺正變換。這樣的幺正變換能夠在r<R區(qū)間，將原初的、使用高精度哈密頓量H的兩粒子波函數(shù)與使用“容易求解”哈密頓量HS的兩粒子波函數(shù)相匹配。通過這樣的幺正變換，能夠得到高精度的、與HS相近的全新哈密頓量H'。對(duì)多體系統(tǒng)，使用HS計(jì)算將非常容易，而較小H'-HS的貢獻(xiàn)可以通過多體微擾論來考慮。此方法的一個(gè)直接應(yīng)用是解決量子蒙特卡洛方法中“符號(hào)震蕩”的困難。
在這項(xiàng)工作中，研究者將波函數(shù)匹配方法應(yīng)用于格點(diǎn)量子蒙特卡洛計(jì)算中，采用高精度的手征核力，對(duì)輕質(zhì)量原子核、中等質(zhì)量原子核、中子物質(zhì)與核物質(zhì)的相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行了第一性原理計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好。這些結(jié)果不僅為核力的研究提供了新的見解，更能幫助解決原子核第一性原理計(jì)算中，長(zhǎng)久以來的，對(duì)原子核能量、電荷半徑和核物質(zhì)性質(zhì)高精度計(jì)算這一挑戰(zhàn)。
據(jù)了解，論文通訊作者為密西根州立大學(xué)教授Dean Lee，其合作者來自于美國(guó)密歇根州立大學(xué)，德國(guó)波恩大學(xué)，華南師范大學(xué)，于利希研究中心，中國(guó)工程物理研究院研究生院、中山大學(xué)等。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07422-z
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