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Tensor product scheme for computing bound states of the quantum mechanical three-body problem

Thies, Jonas und Hof, Moritz Travis und Zimmermann, Matthias und Efremov, Maxim (2022) Tensor product scheme for computing bound states of the quantum mechanical three-body problem. Journal of Computational Science, 64, Seite 101859. Elsevier. doi: 10.1016/j.jocs.2022.101859. ISSN 1877-7503.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
935kB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877750322002186

Kurzfassung

We develop a computationally and numerically efficient method to calculate binding energies and corresponding wave functions of quantum mechanical three-body problems in low dimensions. Our approach exploits the tensor structure of the multidimensional stationary Schrödinger equation, being expressed as a discretized linear eigenvalue problem. In one spatial dimension, we solve the three-body problem with the help of iterative methods. Here the application of the Hamiltonian operator is represented by dense matrix–matrix products. In combination with a newly-designed preconditioner for the Jacobi–Davidson QR, our highly accurate tensor method offers a significantly faster computation of three-body energies and bound states than other existing approaches. For the two-dimensional case, we additionally make use of a hybrid distributed/shared memory parallel implementation to calculate the corresponding three-body energies. Our novel method is of high relevance for the analysis of few-body systems and their universal behavior, which is only governed by the particle masses, overall symmetries, and the spatial dimensionality. Our results have straightforward applications for ultracold atomic gases that are widespread and nowadays utilized in quantum sensors.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/188463/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Tensor product scheme for computing bound states of the quantum mechanical three-body problem
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Thies, JonasJ.Thies (at) tudelft.nlhttps://orcid.org/0000-0001-9231-9999NICHT SPEZIFIZIERT
Hof, Moritz TravisMoritz.Hof (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zimmermann, MatthiasMatthias.Zimmermann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Efremov, MaximMaxim.Efremov (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:24 September 2022
Erschienen in:Journal of Computational Science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:64
DOI:10.1016/j.jocs.2022.101859
Seitenbereich:Seite 101859
Verlag:Elsevier
ISSN:1877-7503
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Schrödinger equation Three-body problem Pseudospectral method Tensor product structure Jacobi–Davidson method
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt Wenig- und Vielteilchenphysik mit Quantenwellen
Standort: Ulm
Institute & Einrichtungen:Institut für Quantentechnologien > Theoretische Quantenphysik
Hinterlegt von: Efremov, Prof. Dr. Maxim
Hinterlegt am:26 Sep 2022 23:21
Letzte Änderung:26 Sep 2022 23:21

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