算法开发有效的远程交互系统进行调查

莱比锡大学的研究人员已经开发出一种高效的方法来研究系统与远程交互专家以前令人费解。这些系统甚至可以是气体或固体材料,如磁铁的原子相互作用不仅与他们的邻居也远远超出。教授Wolfhard Janke和他的研究团队使用蒙特卡罗计算机模拟。这个随机过程,命名的蒙特卡罗赌场,生成随机系统状态,系统可以确定所需的属性。这样,蒙特卡罗模拟提供深入的物理相变。研究人员开发了一种新算法,可以在几天内执行这些模拟,使用传统方法已经几个世纪。他们在知名杂志上发表了他们的新发现“物理评论X”。

一个物理系统在平衡其宏观性质如压力或温度不随时间变化。非平衡过程发生在环境变化推动系统平衡,然后寻求一个新的平衡状态。“这些过程越来越成为全球统计物理学家关注的焦点。尽管大量的研究分析了非平衡过程的许多方面与短程相互作用系统,我们只是刚刚开始了解远程交互的角色在这样的过程中,“Janke解释道。

远程交互的诅咒

的短程系统组件只有他们的短程邻居交互,操作需要的数量计算整个系统的演化随时间线性增加它包含的组件。对于远程交互系统,与其他组件的交互,即使是遥远的,必须包括为每个组件。随着系统规模的增长,运行时增加是抛物线。Janke教授领导的一个科学家小组已经成功地降低算法复杂度,重组算法和使用合适的数据结构的巧妙组合。在大型系统中,这将导致大量减少所需的计算时间,允许将全新的问题调查。

新视野号开了

这篇文章显示了新方法可以有效地应用于非平衡过程与远程交互系统。一个例子描述了自发的订购流程最初在一个无序的“热”系统,在突然降温后下令域随时间增长,直到达到有序平衡态。从我们的日常生活中,我们知道当我们洗个热水澡,附近有一个寒冷的窗口,液滴将形成在窗户上。热蒸汽快速冷却和水滴变大。一个相关的例子是过程控制冷却速度变慢,涡旋形成和其他结构特别感兴趣的是这些发挥重要作用在宇宙学和固体物理学。

此外,理论物理研究所的研究人员已经成功地应用该算法相分离的过程中,两种类型的粒子,例如,自发地分开。这样的非平衡过程发挥着基础性的作用在工业应用和生物系统的功能细胞。这些例子说明了大范围的应用场景,这种方法论的推进提供了基础研究和实际应用。

计算机模拟形成现代物理学的第三大支柱,与实验和分析方法。大量的物理学问题只能接近大约与分析方法。通过实验方法,某些问题通常很难获得,需要复杂的实验结构,有时会持续几年。计算机模拟因此作出了显著贡献的理解近几十年来广泛的物理系统。

参考:萧贝尔穆勒F,克里斯琴森H, S, Janke w .快,层次,自适应算法大都市远程交互系统的蒙特卡罗模拟。物理评论X。2023;13 (3):031006。doi:10.1103 / PhysRevX.13.031006

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