Проект реализуется в рамках Программы 5-100
ННГУ реализует научный проект «Высокопроизводительные вычисления при исследовании нелинейной волновой динамики решёточных моделей экситонно-поляритонных конденсатов»
Учёными Университета Лобачевского О.И. Канаковым, А.А. Тихомировым реализуется научный проект «Высокопроизводительные вычисления при исследовании нелинейной волновой динамики решёточных моделей экситонно-поляритонных конденсатов».
Математические модели в виде решёточных волновых систем находят применение в различных областях знания от фундаментальной физики (бозе-эйнштейновские конденсаты) до прикладной (динамика связанных нелинейных оптических волноводов, микро- и наномеханических систем) и сугубо технических задач (многозвенные радиочастотные и оптические фильтры и т.д.).
Бозе-эйнштейновская конденсация относится к числу фундаментальных квантовых явлений и состоит в том, что в системе из большого числа квантовых частиц, подчиняющихся статистике Бозе – Эйнштейна, конечная (не малая) доля всех частиц оказывается в низшем энергетическом состоянии. Такой конденсат из большого количества частиц может быть описан волновой функцией, по форме аналогичной волновой функции одной-единственной частицы. Наряду с лазерной генерацией электромагнитных излучений, этот эффект относится к числу макроскопических (т.е. наблюдаемых на пространственных масштабах, существенно превышающих, например, характерный размер атома) проявлений квантовой физики. Экспериментальная реализация бозе-эйнштейновского конденсата из атомов вещества (рубидий-87) была впервые получена в 1995 году Э. Корнеллом и К. Виманом в Национальном институте стандартов и технологии (США) путём лазерного охлаждения атомов до температур порядка нанокельвинов (Нобелевская премия по физике, 2001 г.).
Недавно было открыто явление конденсации квантовых квазичастиц – экситонных поляритонов в полупроводниковых микрополостях. Квазичастицы не являются реальными элементарными частицами (как электроны и т. п.), а представляют собой формальный инструмент приближённого описания сложного коллективного движения системы, состоящей из большого количества частиц (какой и является твёрдое тело), в состоянии вблизи равновесия. Каждая квазичастица соответствует некоторому элементарному возбуждению состояния системы в окрестности равновесного (подобно волнам на поверхности воды). Тем не менее квантовое описание квазичастиц ничем прин¬ципиально не отличается от описания реальных элементарных частиц, и поэтому они способны демонстрировать такое же квантовое поведение, как и реальные частицы.
Конденсаты экситонных поляритонов представляют фундаментальный интерес в каче-стве новой экспериментальной реализации бозе-эйнштейновского конденсата и обладают рядом преимуществ (связанных в первую очередь с эксперимен¬тальной доступностью) в сравнении с конденсатами холодных атомов. Так, благодаря их малой эффективной массе, температура конденсации экситонных поляритонов на 8–9 (и более) порядков превышает соответствующую температуру для атомарных конденсатов и попадает в диапазон гелиевых (порядка 4 градусов Кельвина) и даже комнатных температур. Кроме того, динамика этих систем доступна для оптических методов наблюдения (обычный оптический микроскоп). Указанные свойства делают такие системы чрезвычайно привлекательным объектом экспериментального изучения для большого количества лабораторий по всему миру, в том числе не обладающих уникальным оборудованием для получения сверхнизких температур. Теоретическое же исследование таких систем сопряжено со значительными вычислительными затратами и является перспективным полем для приложения методов параллельных вычислений. Именно этой проблеме посвящена данная работа.
