Preciso repartir o espaço em células. Cada célula deve ter aproximadamente o tamanho do raio das partículas para que uma partícula não ocupe mais que 4 células como na ilustração abaixo:

![inserir a descrição da imagem aqui][1]

  [1]: https://i.sstatic.net/83aIA.jpg
A partícula de raio r pode ocupar até 4 células. A sua própria 
célula (onde o centro (x,y) da partícula está localizado) e mais outras 3 células vizinhas.

Motivo da otimização: Com o atual código, quando aumento a quantidade de partículas, o programa fica muito lento e as colisões entre elas não ocorrem de forma fluída.

canvas.cpp

    #include "canvas.h"
    #include <QPainter>

    canvas::canvas(QWidget *parent) :
    QWidget(parent)
    {
    m_particulas.resize(50);

    int n = m_particulas.size();
    for(int i = 0 ; i<n ; ++i)
    {
        m_particulas[i].init();
    }

    startTimer(5);
    }

    void canvas::paintEvent(QPaintEvent * event)
    {
    (void) event;

    QPainter painter(this);
    painter.setWindow(0,0,1000,1000);
    painter.setRenderHint(QPainter::Antialiasing, true);
    painter.setPen(QPen(Qt::black, 2, Qt::SolidLine, Qt::RoundCap));
    painter.setBrush(QBrush(Qt::darkCyan, Qt::SolidPattern));

    int n = m_particulas.size();
    for(int i = 0 ; i<n ; ++i)
    {
        double x = m_particulas[i].x();
        double y = m_particulas[i].y();
        double L = m_particulas[i].r();
        painter.drawEllipse(QPointF(x, y), L, L);
    }
    }

    void canvas::timerEvent(QTimerEvent *event)
    {
    (void) event;

    int n = m_particulas.size();

    for(int i = 0 ; i<n ; ++i)
        m_particulas[i].andar();

    for(int i = 0 ; i<n ; ++i)
    {
        Particula &pi = m_particulas[i];

        for(int j = 0 ; j < n ; ++j)
        {
            if (i == j) continue; //(MODO 2)

            Particula &pj = m_particulas[j];

            if (pi.testa_colisao(pj))
            {
                pi.calcula_colisao(pj);
            }
        }
    }
    update();
    }

particula.cpp

    #include "particula.h"
    #include <stdlib.h>     /* srand, rand */
    #include <cmath>

    Particula::Particula()
    {

    }

    void Particula::init()
    {
    m_r = 20;

    m_x = 900.0*rand()/RAND_MAX + 50;
    m_y = 900.0*rand()/RAND_MAX + 50;

    m_vx = 2.0 * rand()/RAND_MAX - 1;
    m_vy = 2.0 * rand()/RAND_MAX - 1;

    double norma = sqrt(m_vx*m_vx + m_vy*m_vy);
    m_vx /= norma;
    m_vy /= norma;
    }

    void Particula::normaliza(double &vx, double &vy)
    {
    double norma = sqrt(vx*vx + vy*vy);

    if (norma > 0)
    {
        vx /= norma;
        vy /= norma;
    }
    }

    bool Particula::testa_colisao (Particula &p)
    {
        double dx = x() - p.x();
        double dy = y() - p.y();

        double dist2 = dx*dx + dy*dy;
        double somaRaios = r() + p.r();
        return dist2 <= somaRaios * somaRaios;
    }

    void Particula::calcula_colisao(Particula &p)
    {
        double vx = p.x() - x();
        double vy = p.y() - y();
        normaliza(vx,vy);

        p.m_vx += vx;
        p.m_vy += vy;
        normaliza(p.m_vx,p.m_vy);

        m_vx -= vx;
        m_vy -= vy;
        normaliza(m_vx, m_vy);

       do
        {
            andar();
            p.andar();
        } while (testa_colisao(p));
    }

    double Particula::x() const
    {
    return m_x;
    }

    double Particula::y() const
    {
    return m_y;
    }

    double Particula::r() const
    {
    return m_r;
    }

    void Particula::andar()
    {
    m_x += m_vx;
    m_y += m_vy;

    if(m_x > 1000-m_r) m_vx *= -1; //inferior - multiplicado por -1 para inverter a     direção...
    if(m_y > 1000-m_r) m_vy *= -1; //direita
    if(m_x < 0+m_r) m_vx *= -1; //esquerda
    if(m_y < 0+m_r) m_vy *= -1; //superior
    }