論文の概要: Unified Strong-Field Dynamics Simulations from Atoms to Heterostructures
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.18472v1
- Date: Wed, 19 Aug 2026 02:57:34 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-20 20:13:55.262011
- Title: Unified Strong-Field Dynamics Simulations from Atoms to Heterostructures
- Title（参考訳）: 原子からヘテロ構造への統一強磁場動力学シミュレーション
- Abstract要約: 我々は,原子,分子,半導体実効質量系における強磁場量子力学のフレームワークであるtextsc TDSE-Zを提案する。
我々の実装は堅牢なスケーリング効率を示し、数百のCPUコアのパフォーマンスを維持します。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We present \textsc{TDSE-Z}, a high-performance open-source framework for strong-field quantum dynamics in atomic, molecular, and semiconductor effective-mass systems. The core engine implements a weak-form Galerkin discretisation of the Hermitian BenDaniel-Duke operator, $\hat{T}_{\mathrm{BDD}} = -\frac{1}{2}\nabla\cdot(m^{-1}(\mathbf{r})\nabla)$, on geometry-adapted B-spline meshes, supporting arbitrary potentials and customisable laser configurations in one to three dimensions. We validate the static position-dependent-mass (PDM) eigensolver through two stringent benchmarks: a comparison to the analytical Quesne PDM model and a $\text{GaAs/Al}_{0.3}\text{Ga}_{0.7}\text{As}$ double quantum well, where the exponential decay of computed tunnel splittings follows Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) theory at the sub-percent level. We further demonstrate the time-propagation engine on constant-mass systems, accurately reproducing high-harmonic generation (HHG) spectra in atomic benchmarks and confirming the importance of dimensionality in fully capturing the strong light-matter interaction. Our implementation demonstrates robust strong-scaling efficiency, maintaining performance across hundreds of CPU cores. While the static eigensolver currently supports optional GPU offloading, the time-propagation engine is CPU-optimised, providing a modular architecture for future expansion toward exascale quantum dynamics.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,原子,分子,半導体実効質量系における強磁場量子力学のための高性能なオープンソースフレームワークであるtextsc{TDSE-Z}を提案する。
コアエンジンは、Hermitian BenDaniel-Duke演算子、$\hat{T}_{\mathrm{BDD}} = -\frac{1}{2}\nabla\cdot(m^{-1}(\mathbf{r})\nabla)$の弱い形式のガレルキン離散化を実装し、任意のポテンシャルと3次元のレーザー構成をサポートする。
解析的ケスネPDMモデルと$\text{GaAs/Al}_{0.3}\text{Ga}_{0.7}\text{As}$ double quantum Well, ここで計算されたトンネル分割の指数崩壊は、ワーツェル・クラマース=ブリユーン(WKB)理論に従う。
さらに, 定質量系における時間プロパゲーションエンジンの実証を行い, 高調波発生スペクトル(HHG)を原子ベンチマークで正確に再現し, 強い光-物質相互作用を完全に捉える上での次元性の重要性を確認した。
我々の実装は堅牢なスケーリング効率を示し、数百のCPUコアのパフォーマンスを維持します。
静的固有ソルバは現在、オプションのGPUオフロードをサポートしているが、タイムプロパゲーションエンジンはCPU最適化されており、将来のエクサスケール量子力学への拡張のためのモジュラーアーキテクチャを提供する。
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