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La première analyse comparative extensive de codes quantiques permet leurs améliorations


​​L'équation de Schrödinger est une équation fondamentale en mécanique quantique qui est utilisée pour calculer et prédire la structure et les propriétés des matériaux et des molécules en utilisant des superordinateurs massivement parallèles. Une équipe de recherche internationale, incluant des chercheurs du CEA, s’est attelée à étudier les nombreux codes u​​tilisés par ces superordinateurs afin d’en comparer les prédictions. Leurs résultats publiés le 25 mars 2016 dans Science permettent dès lors s’informer simplement les utilisateurs sur la précision de ces codes.​

Publié le 2 avril 2016

​L'équation de Schrödinger est un postulat de la mécanique quantique qui décrit l'évolution spatiale et temporelle d'une particule, tel qu’un électron. Elle remplit alors le même rôle que la relation fondamentale de la dynamique en mécanique classique.  Grâce à son approximation au travers de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT pour Density Functional Theory), cette équation permet de prédire les propriétés et l'évolution des matériaux. La DFT est une méthode de calcul quantique utilisée par des dizaines de milliers de personnes dans le monde, dans les organismes de recherche ou les entreprises. Elle s'est imposée grâce à un bon compromis entre précision et rapidité.

Or, la popularité croissante de cette méthode a donné lieu à une vaste gamme de codes dédiés à la prédiction des propriétés moléculaires et cristallines. Cependant, chaque code implémente le formalisme d'une manière différente, ce qui soulève des questions sur la repro​​ductibilité des prédictions engendrées.

C’est pourquoi 15 codes utilisant 40 potentiels1 et jeux de fonctions de base différents, ont été évalués sur l'équation d'états de 71 cristaux élémentaires. Ce résultat, d'un effort communautaire sans précédent auquel ont ​participé des chercheurs de l’INAC (Institut Nanosciences et Cryogénie – CEA/ Université Grenoble Alpes) et de la Direction des Applications Militaires du CEA, démontre que les variations des prédictions de ces codes sont comparables aux variations des résultats collectés par des expériences de haute précision.

Dès lors, dans cet article de Science, les chercheurs proposent un indice de référence. Celui-ci fournit un cadre simple et performant aux utilisateurs quant à la précision de ces codes afin de permettre le développement de nouvelles applications en fournissant aux développeurs une référence en vue d'améliorations méthodologiques.

 
 1 Le potentiel est une fonction mathématique caractérisant une interaction, on parle de potentiel lorsqu’un champ de vecteurs est à divergence nulle. Il peut alors s'écrire comme le gradient d'une fonction (qu'on appelle potentiel) qui est donc définie à une constante près. Cela permet de simplifier de nombreux calculs.


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