Menczer Andor (ELTE), Vízkeleti Áron (Wigner FK), Máté Mihály (Wigner FK) és Legeza Örs (Wigner FK) - (2022.09.01 - 2022.11.30)

Kivonat: Az olyan kvantumos rendszerek numerikus szimulációja, melyekben az atomi spinek vagy mozgékony elektronok közötti kölcsönhatás erős és nem lehet leírni ún. perturbációs módszerekkel a modern fizika középpontjában állnak. Ez azonban igen nagy kihívást jelent mert a számítógépes erőforrás általánosságban exponenciálisan skálázódik a rendszer méretével. Olyan algoritmusok fejlesztése, melyeknél ez polinomiális alakra hozható napjaink egyik legintenzívebben kutatott tudományterületének számít.

A sűrűségmátrix renormálási csoport (DMRG) algoritmus éppen egy ilyen módszer, aminek további nagy előnye, hogy a vonatkozó tenzor algebra a megmaradó kvantumszámok tükrében akár egymástól több millió független részfeladatra bontható. Mindez ideális környezetet biztosít MPI és GPU alapú masszív párhuzamosításhoz. Az Erősen korrelált rendszerek „Lendület” kutatócsoportunk e feladatokkal több mint két évtizede foglalkozik és az utóbbi időben elkészült egy új GPU alapú kernelünk Menczer Andor (ELTE mesterszakos diákunk) munkájának köszönhetően. A jelen projektben ezt kívánjuk tesztelni és a hatékonysági tesztek alapján tovább optimalizálni, illetve alkalmazni kétdimenziós elektronrendszerekre, erősen korrelált molekuláris klaszterekre és atommagok szimulációjára.

A projektben Menczer Andor (ELTE), Vízkeleti Áron (WignerFK), Máté Mihály (Wigner FK) és Legeza Örs (Wigner FK) vesznek részt. A forráskód Matlabban készült, a fordított stand-alon kód előállítása pedig a Matlab Compiler-rel történt. A kód tesztelését, finomhangolását és nagy rendszerekre való alkalmazását több lépcsőben kívánjuk elvégezni. A GPU kernel a Matlab Paralelization Toolbox, illetve a CUDA Coderrel készült. Első körben egy három hónapos időintervallumra kérünk számítási lehetőséget NVIDIA kártyákat elérő nodeok (cluster 1,2,3,4) valamelyikére.

Az eredményeket rangos nemzetközi folyóiratokban tervezzük publikálni, mint például korábbi munkáinkat is a vonatkozó területeken [1,2]

[1] The density matrix renormalization group algorithm on kilo-processor architectures: implementation and trade-offs, Csaba Nemes, Gergely Barcza, Zoltán Nagy, Örs Legeza, Péter Szolgay, Computer Physics Communications Volume 185, Issue 6, June 2014, Pages 1570-1581

[2] Massively parallel quantum chemical density matrix renormalization group method, Jiří Brabec, Jan Brandejs, Karol Kowalski, Sotiris Xantheas, Örs Legeza, Libor Veis, Computational Chemistry, https://doi.org/10.1002/jcc.26476