第548章 科技入侵,材料先行(6 / 7)

鸦的碎碎念 / 著

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林燃脱掉了西装外套,只穿著白衬衫,袖子挽到手肘。

他站在拼接黑板前:「想像力结束了,先生们,现在我们来谈谈代价。」

林燃转身,手中的粉笔在黑板上用力写下了科恩—沈方程的核心算符形式。

「看起来很美,对吧?一个简单的本征值问题。」林燃转过身,指著台下IBM

的首席数学家,「但是在座的都知道,当我们处理含有几百个原子的合金体系时,这个方程就是噩梦。」

「目前的做法是什么?你们选取一组基函数,构建哈密顿矩阵$H$,然后调用标准的线性代数库进行全对角化。」

林燃在黑板上写下了一个新的的复杂度公式:「三次方,这意味著如果原子数量增加10倍,计算时间就要增加1000倍。以现IBM计算机的可怜算力,你们算个氢分子还行,想算钛合金的晶界?可能需要等到下个世纪。」

台下一片沉默。

这是所有计算物理学家的痛点。

「所以,我们必须在数学上弯道超车。

我要给你们三个能够把计算速度提升几个数量级的算法方向。

记下来,这是价值无法用美元估量的数学课。」

此时的会议厅已经没有了说话声,甚至连呼吸声都压低了,顶级大师讲课,众人屏气凝神。

林燃只觉得台下有华裔没华国人有些可惜。

林燃在黑板左侧画了一个原子的示意图,内层电子密密麻麻,外层价电子稀疏。

「我们为什么要浪费算力去计算芯电子?」林燃问道,「在化学反应和材料结合中,芯电子就像死人一样不动,参与工作的只有价电子。」

「贝尔实验室的菲利普斯和克莱因曼在59年就提过赝势的概念,但你们做得太粗糙了。我要你们开发一种范数守恒赝势。」

林燃快速写下了积分公式。

「在截断半径Rc之外,赝波函数必须和真实波函数完全重合;在半径之内,我们要把那个剧烈震荡的波函数抹平,变成一个平滑的函数。」

他猛地敲击黑板:「听懂了吗?平滑意味著什么?意味著我们在傅立叶空间展开时,只需要很少的平面波基组就能描述它。这能把你们的矩阵维度直接砍掉三分之二!」

「解决了基组大小,现在我们看矩阵求解。」林燃的目光扫向一位来自洛斯阿拉莫斯的数值分析专家。

「你们还在用Householder变换做全对角化?愚蠢,我们只需要最低能量的那几十个本征态,为什么要算出所有的本征值?」

林燃在黑板中央写下了:克雷洛夫子空间。

「不要解整个矩阵,我们要用叠代法,在这个子空间里,把哈密顿算符投影上去,只对角化一个小得多的矩阵,然后扩充子空间,直到收敛。」

他快速写下了算法的残差向量修正公式,这实际上是直到1975年才会被化学家ErnestDavidson正式发表的算法核心。

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