Universidad del Sur de California físico Stephan Haas y el ingeniero eléctrico Anthony Levi, se han unido para crear un programa de computadora que esperan que conduzca a un enfoque más sistemático para el diseño de los dispositivos ultra-pequeños - y estimular la creación de nuevas aplicaciones. Colaboración interdisciplinaria del dúo promete avanzar la teoría cuántica, el modelado computacional y la forma en que ingenieros de diseño de sistemas nuevos. Al mismo tiempo, los investigadores están definiendo un nuevo campo que llaman de adaptación del diseño cuántica que une el reino abstracto de la física cuántica y las preocupaciones más prácticas de ingeniería a escala nanométrica. La física cuántica revela un universo muy diferente de lo que se espera sobre la base de la vida cotidiana, la percepción y la experiencia. "Cuando las cosas se ponen muy pequeño, a nivel atómico o subatómico, las leyes clásicas de Newton ya no se aplican. La mecánica cuántica se hace cargo ", dijo Haas, profesor asociado de física y astronomía en la USC de las Letras, las Artes y las Ciencias. Haas se centra en la teoría cuántica. Que estudia las propiedades fundamentales de la materia, investigando el comportamiento de las moléculas, átomos y partículas aún más pequeñas, así como las consecuencias de su infinidad de interacciones como la superconductividad y el magnetismo. Un principio básico de la teoría cuántica es que a escalas muy pequeñas, las cosas comienzan a mostrar una doble naturaleza: las partículas (átomos, los electrones, fotones, etc) se comportan como ondas y viceversa. "Por eso, la teoría cuántica predice efectos muy exóticos", dijo Haas. Un ejemplo es el enredo, lo que Einstein llamó "acción fantasmal a distancia". "El entrelazamiento predice que las partículas como los electrones pueden llegar a ser pares de tal manera que, incluso a distancias relativamente lejos uno del otro, el comportamiento de uno afecta a los del otro", dijo Haas. Haas es el más conocido para la construcción de modelos de computadora sofisticados y muy complejos que predicen cómo millones de átomos - un número muy por debajo de la cantidad en una pizca de sal - interactúan y se mueven en el mundo cuántico. "Como científico, puedo estudiar cuestiones fundamentales sobre cómo funciona el mundo cuántico", dijo. Esos acuerdos han demostrado importantes para el desarrollo de aplicaciones de la nanotecnología - "como la forma de diseñar y construir pequeños interruptores, filtros de luz, los chips de ordenador y otros dispositivos de moléculas o átomos." Levi, profesor en la escuela de USC Viterbi de Ingeniería, dijo: "Si la nanotecnología tenga éxito, debe contar con herramientas de diseño similar a la de software sofisticado para diseñar circuitos electrónicos. "Queremos crear la herramienta de diseño para la nanotecnología", dijo. A pesar de que todavía lo están mejorando, su software de diseño cuántica ya ha producido viables los nuevos diseños de láser atómico, y de ondas milimétricas (utilizado en la comunicación inalámbrica) componentes. Muchos de los diseños generados por ordenador parecen en nada a algo que una persona jamás podría imaginar. Se parecen al azar. Y eso es exactamente el punto, dijo Levi, un investigador líder en fibra óptica, electrónica y el diseño de las nuevas tecnologías y sistemas. "Un equipo es imparcial por experiencias pasadas o las ideas de diseño estándar, así que en vez de diseñar algo ad-hoc, es sistemática. Se busca a través de un número casi infinito de formas geométricas o configuraciones para encontrar la que mejor se ajusta ", dijo Levi, que tiene una cita conjunta en la física de la USC y el departamento de astronomía. "Lo novedoso es que estamos haciendo todo al revés", dijo. "Al igual que el programa de televisión" Jeopardy ", empezamos con la solución." Una vez que el equipo viene con el diseño óptimo, Levi se puede fabricar una versión física a prueba en los experimentos. Datos de los experimentos se utilizan para ayudar a mejorar el software. La búsqueda de la configuración óptima - como mirar a través de un pajar muchos por una aguja, Levi dijo - es una extensa y no habría sido posible sin el poder computacional de alta de la USC Centro de Cálculo de rendimiento. Los cálculos que podrían tener un escritorio normal más de un año se puede hacer en un solo día el uso del recurso HPCC. Y eso es clave. "Lo que estamos haciendo no habría sido posible hace cinco años, porque simplemente no tienen la potencia de los ordenadores", dijo Haas, quien lidera el desarrollo del software. Para Levi, el atractivo intelectual del proyecto radica en la creación de un software que puede llegar a mejores, nuevos, soluciones. "Estoy interesado en cómo las máquinas nos pueden enseñar", dijo. "Hemos tenido que pensar mucho acerca de por qué la máquina selecciona ciertos diseños." |