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一個電子在原子中的行為，或者它在固體中的運動，可以用量子力學方程式精確地預測出來，即這些理論計算與實驗結果一致。但是，目前尚不能精確描述包含許多電子或基本粒子的複雜量子系統。現在，一個由凱爾大學理論物理和天體物理研究所的Michael Bonitz 教授領導的一個團隊(CAU)已經開發出一種模擬方法G1-G2，該方法可以使基於量子力學的計算速度比以前快大約10,000倍，而且這種新的模擬方法還可應用於量子多體理論的許多領域。該成果發表在《物理評論快報》上。

即使使用功能強大的計算機，量子模擬也需要花費很長時間

CAU研究人員的新程式是基於當前最強大、用途最廣泛的量子力學多體系統的模擬技術之一。它使用了所謂的非平衡格林函式方法（nonequilibrium Green functions）：即使在很長一段時間內，也可以高精度地描述電子的運動和複雜的相互作用。但是，迄今為止，這種方法非常耗費計算機資源，即如果為了預測量子系統在十倍長的時間內的發展，一臺計算機則需要超過一千倍的處理時間。

而通過引入附加的輔助變數的數學技巧，CAU團隊的物理學家現在已經成功地重新制定了非平衡格林函式的主要方程，以使計算時間僅隨過程持續時間呈線性增加。因此，十倍長的預測時間只需要十倍的計算時間。與以前使用的方法相比，物理學家獲得了大約10,000的加速因子。對於更長的過程，這個因素會進一步增加。由於這種新方法首次將兩個格林函式結合起來，因此稱為“ G1-G2方法”。

材料效能在長時間內的發展首次可預測

CAU團隊的新計算模型不僅節省了昂貴的計算時間，而且還允許進行模擬，而這在以前是完全不可能的。“我們感到驚訝的是，這種驚人的加速也可以在實際應用中得到證明，” Bonitz教授說。例如，現在可以預測諸如半導體之類的材料中某些特性和效應在一段較長的時間內如何發展。Bonitz堅信：“這種新的模擬方法可應用於量子多體理論的許多領域，並將實現定性的新預測，例如關於原子、分子、緻密等離子體和固體在強鐳射輻射激發後的行為。”

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