Suhajda Erzsébet, Hegedűs Tamás (2022.08.01 - 2022.10.31)

Semmelweis Egyetem

Publikáció: Comprehensive Collection and Prediction of ABC Transmembrane Protein Structures in the AI Era of Structural Biology Pószter

Támogatás: NKFIH 2020-2.1.1-ED-2021-00179

Kivonat: A membránfehérjék kiemelt szerepet töltenek be a sejtek életében. Megköthetnek szubsztrátokat, a sejtből kifelé, illetve befelé ionokat, molekulákat vagy akár gyógyszereket transzportálhatnak. Strukturális szerepük sem elhanyagolható, hiszen rögzíthetik a sejteket akár egymáshoz, akár egyéb felülethez.

Funkciójuk mellett szerkezetük is különlegesnek tekinthető. A membránfehérjék átívelik a sejtmembránt, szerkezetük egy része a membrán hidrofób belsejében, transzmembrán domént alkot, egyéb részeik pedig a sejt belsejében (intracellulárisan) vagy a sejten kívül (extracellulárisan) helyezkednek el. Éppen ezért a transzmembrán fehérjék szerkezetének kísérletes meghatározása számos nehézségbe ütközik. A kristályosításhoz a membránfehérjéket el kell távolítani a membrán kettőslipid rétegéből, ebből kifolyólag a natív szerkezetük sokszor tönkremegy, ezért a kísérletes eljárások hosszadalmasak, költségesek és bizonytalan kimenetelűek.

Élettanilag fontos szerepük ellenére ezért a kísérletesen meghatározott fehérjeszerkezetek csupán kb. 5%-a membránfehérje, miközben a jelenleg forgalomban levő gyógyszerek mintegy 50%-a membránfehérjén keresztül fejti ki hatását. Célunk, hogy transzmembrán, ATPáz aktivitással rendelkező fehérjék (pl. a daganatos sejtek multidrog rezisztenciájáért felelős ABC transzporterek vagy kalcium pumpák) komplexeinek szerkezetét és dinamikáját vizsgáljuk, egyrészt mesterséges intelligencián (mély-tanuláson) alapuló szerkezetmeghatározási módszert (AlphaFold), másrészt molekuladinamikai (MD) szimulációkat felhasználva. Eredményeink hozzájárulnak fehérjekomplexek modellezéséhez használatos módszerek teljesítményének teszteléséhez membránfehérjéken, biológiai szempontból jelentős komplexek szerkezetének megértéséhez, s így megalapozhatnak gyógyszerfejlesztéseket is.

Rakyta Péter, Zimborás Zoltán (2022.01.01 - 2022.06.31)

Eötvös Loránd Tudományegyetem, Wigner Fizikai Kutatóközpont

Támogatás: NKFIH 2020-2.1.1-ED-2021-00179

Kivonat: Ebben a projektben egy újszerű algoritmust fejlesztettünk ki általános kvantumprogramok felbontására egy- és két-qubites kvantum-kapuk felhasználásával. Algoritmusunk az elméleti alsó korláthoz nagyon közeli értékekeket eredményez a felhasznált két-qubites CNOT kapuk számában. Többek között 14, illetve 63 CNOT kapu elegendőnek bizonyult 3 és 4 qubites általnos kvantum programok felbontásához, nagy numerikus pontosság mellett. A módszerünk egy előre megtervezett kvantumáramkörben lévő egy-qubites kapuk szekvenciális optimalizálásán alapul. Módszerünk ugyancsak alkalmas ritka összekötöttségű qubites rendszerekre történő kvantumkapu felbontásra, mely napjaink kvantumprocesszoraira jellemző. A vizsgált esetekben a két-qubiets CNOT kapuk száma csupán csekély mértékben nőtt ezen archtektúrák esetében.

Cikkek:
[1] Péter Rakyta, Zoltán Zimborás: Approaching the theoretical limit in quantum gate decomposition, Quantum 6 (2022) 710
DOI: 10.22331/q-2022-05-11-710

Tolnai Gábor, Légrády Dávid (2022.08.01 - 2022.12.31)

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Publikáció: Adjoint-based Path Length Stretching in a Woodcock Framework with SIR Angular Biasing

Támogatás: NKFIH 2020-2.1.1-ED-2021-00179

Kivonat: A GUARDYAN (GPU Assisted Reactor Dynamic Analysis) a BME Nukleáris Technikai Intézetben fejlesztett GPU alapú reaktordinamikai célú Monte-Carlo kód, amely közvetlen módon kezeli a nukleáris reaktorokban lejátszódó időfüggő folyamatokat. Szemben a bevett reaktordinamikai számítási módszerekkel, a GUARDYAN alkalmazásának előnye, hogy minimalizálja a fizikai folyamatok modellezésénél alkalmazott közelítéseket, a pontosságnak azonban ára van, ez a jelentős futási idő, egy valós másodperc szimulációja 6-24 óra számítási időt jelent a reaktor geometria komplexitásának függvényében.

A projekt célja a kód számítási hatékonyságának növelése szóráscsökkentési eljárások segítségével. Ez az értékesség (adjungált) függvény alapján történő kölcsönhatási törvények torzítási sémájának kidolgozását jelenti az adjungált alapú Woodcock-módszer és a fürkészminták (Sampling Importance Resampling) szögsorsolási technika segítségével.

A szóráscsökkentési eljáráshoz szükséges egy kellően pontos adjungált függvény ismerete, melyet a GUARDYAN kóddal számítunk az adott geometriai elrendezésre. A megfelelő felbontású és pontosságú függvény előállításához hosszú időre van szükség, de egy kritikus állapotú reaktorhoz elégséges egyszer legenerálni és a különböző tranziens szcenáriók esetén ugyanaz az adjungált függvény felhasználható. A szóráscsökkentési módszer használhatóságának szemléltetéséhez több különböző komplexitású elrendezés esetén szeretnénk értékesség függvényt generálni, mely jelentős GPU kapacitást igényel.

Rakyta Péter, Zimborás Zoltán (2022.01.01 - 2022.06.31)

Eötvös Loránd Tudományegyetem, Wigner Fizikai Kutatóközpont

Támogatás: NKFIH 2020-2.1.1-ED-2021-00179

Kivonat: Ebben projektben egy újszerű algoritmust fejlesztettünk ki kvantum programok elemi műveletekre történő felbontására. Módszerünk a két-qubites paraméteres kapuk nyújtotta variabilitás kiaknázásában rejlik. Az alkalmazott paraméteres két-qubites kapuk lehetővé teszi, hogy a kvantumlogikai kapuk elhelyezését jelentő kombinatorikai problémát átkonvertáljuk folytonos paramétereken értelmezett optimalizációs problémává. A pataméteres két-qubites kapukat tartalamazó áramköröket iteratív ciklusok segítségével tovább tömörítjük, eltávolítva a kvantumáramkörből a flesleges két-qubites paraméteres kapukat. A tömörítő ciklusok folyamán az áramkörben maradó paraméteres két-qubites kapuk adaptálódnak a megváltozott helyzethez. Az algoritmust a SQUANDER programcsomagban implementáltuk és összehasonlítottuk napjaink leghatékonyabb kapufelbontó eszközeivel. Módszerünkkel optimálisabb kapufelbontést értünk el mint az összehasonlított egyéb eszközökkel.

Publikáció: Efficient quantum gate decomposition via adaptive circuit compression

Kővári Emese, Kovács Tamás, Forgács-Dajka Emese (2022.01.01 - 2022.03.30)

Eötvös Loránd Tudományegyetem, Asztrofizikai és Űrtudományi Centrum

Támogatás: NKFIH 2020-2.1.1-ED-2021-00179

Kivonat: A Neptunusz pályáján túli tartomány megoldásra váró dinamikai problémák kimeríthetetlen forrása. Célunk a transzneptun objektumok (TNO-k) egy nagyszabású felmérésének elkészítése dinamikai térképeken keresztül. Kutatásunk első része a transzneptun tér középmozgás-rezonanciáinak dinamikai szerepére koncentrál, a megértés eszközei klasszikus káoszindikátorokat bemutató dinamikai térképek. A kutatás második részének fókuszában a TNO-k kaotikus diffúziójának és stabilitási idejének számszerűsítése áll. A fázistérbeli kaotikus diffúzió kulcsfontosságú mennyiség adott rendszer hosszútávú dinamikájának megértésében. A kutatás első részében kiválasztott 4125 TNO esetében a diffúziós együtthatók becslése a Shannon-entrópia alkalmazásán alapul. Utóbbi mennyiség lehetővé teszi egyrészt a fázistérbeli instabil régiók kiterjedésének számszerűsítését (így mint káoszindikátor használható), másrészt a diffúziós együtthatók közvetlen származtatásának is hatékony eszköze. A karakterisztikus stabilitási idők ezt követően - normál diffúziót feltételezve - a diffúziós együtthatók reciprokaként becsülhetőek. A diffúziónak, valamint a stabilitási időknek a nagyszámú TNO-ra való meghatározása reményeink szerint a transzneptun tér szerkezetének általános feltérképezését is lehetővé teszi, dinamikai osztályok meghatározásával vagy a szakirodalomban fellelhetőek pontosításával együtt.

Eduárd Zsurka, Noel Plaszkó, Péter Rakyta, Andor Kormányos (2022.05.01 - 2022.11.31)

Eötvös Loránd Tudományegyetem

Publikáció: Non-local Andreev reflection through Andreev molecular states in graphene Josephson junctions

Támogatás: NKFIH 2020-2.1.1-ED-2021-00179

Kivonat: A projekt eredményeképp párhuzamosan elhelyezett grafén rétegekből készített rendszert javasolunk Cooper-párokat alkotó elektronok térbeli elválasztására. A két párhuzamos réteg Andrejev kötött állapotainak kölcsönhatásából kifolyólag nem-lokális transzport jelenségek figyelhetőek meg numerikus szimulációink alapján. A grafén rétegek egyikét elektronokkal, a másikat pedik pozitív töltéshordozókkal dópolva úgy találtuk, hogy a nem-lokális Andrejev reflexió dominálja a differenciális vezetőképességet. Rendszerünkkel kapcsolatban előnyös kísérleti tulajdonságok, hogy nem szükséges a rednszer geometrial tulajdonságainak precíz kivitelezése, ahogy a dópolás nagysága, illetve a szupravezető fázis-különbség is széles tartományban változhat.

Gergácz Mira Anna, Keresztúri Ákos (2022.08.31-12.31)

Publikáció: Melting possibility of remnant seasonal water ice patches on Mars

Támogatás: NKFIH 2020-2.1.1-ED-2021-00179

Kivonat: A Mars kutatásának egyik fontos és aktuális kérdése, hogy a bolygón a jelenlegi viszonyok között előfordulhat-e cseppfolyós halmazállapotú víz. Az általános szárazság, alacsony hőmérséklet és kis légnyomás nem kedvez ennek, ugyanakkor esetleg sóoldatok formájában, vagy mikroszopikus méretskálán talán nem lehetetlen ez. Célunk olyan jégfoltok keresése HiRISE felvételek alapján a Mars felszínén, amelyek viszonylag „meleg” környezetben is megmaradtak, és az sem kizárt, hogy ideális esetben akár cseppfolyóssá is válhatnak. Mivel a bolygó légkörének és felszíni törmeléktakarójának kicsi a hővezető képessége, ezért a tavasszal zsugorodó pólussapka visszahúzódása után is maradhatnak kisebb jégfoltok a felszínen ott, ahol gyenge megvilágítást kaptak, például lejtőszög vagy árnyékoló felszínformák miatt. Az ilyen területeket is eléri végül a napfény, ilyenkor a jég gyorsan melegedhet, és esetleg a cseppfolyós fázis is megjelenik.

A kiválasztási paramétereknek megfelelő 1400 optikai felvételből 110 került elemzésre, melyek közül 37-en mutatkozott jég folt. Ezeket a kisebb jégfoltokat 140°-tól 200° solar longitude érték között a déli tavasz és nyár idején a -40° és -60° földrajzi szélesség között találtuk. A foltok mérete 1,5-300 méter között mozog és a pólussapka elhaladása után még akár 19-133 marsi napig is megmaradnak. A megfelelő területeken uralkodó viszonyokat ezután a The Mars Climate Database (MCD) adatbázis segítségével szimuláltuk azt elemezve, hogy mekkora lehetett a hőmérséklet a kis jégfoltokat mutató kép készültekor, valamint elméleti megközelítés alapján mennyi víz- és szén-dioxid jég boríthatta a felszínt 22 jégfoltosnak azonosított területen. A modellekből ítélve az átlagos déli hőmérséklet nem éri el a víz olvadáspontját, a 273 K fokot, így a cseppfolyós víz kialakulása meglehetősen valószínűtlen. Azonban egy interfaciális réteg (pár nanométeres folyékony vízréteg) kialakulása még nem kizárható.

Forgács-Dajka Emese, Kővári Emese, Kovács Tamás (2022.01.01 - 2022.03.30)

Eötvös Loránd Tudományegyetem, Asztrofizikai és Űrtudományi Centrum

Támogatás: NKFIH 2020-2.1.1-ED-2021-00179

Kivonat: A középmozgás rezonanciák fontos szerepet játszanak a Naprendszerbeli égitestek dinamikájának formálásában. Általában egy nagybolygó és egy kis égitest között lépnek fel, pl. a Hilda család kisbolygói, amelyek 3:2-es, míg a trójai kisbolygók 1:1-es középmozgás rezonanciában vannak a Jupiterrel. Forgács-Dajka, Sándor & Érdi (2018) a rezonanciváltozó geometriai jelentése alapján egy hatékony módszert dolgozott ki és mutatott be, mely segítségével minden előzetes feltevés nélkül könnyen megtalálhatóak a középmozgás rezonanciák. A FAIR módszer hatékonysága könnyen bemutatható már ismert kisbolygó-családok középmozgás rezonanciában lévő tagjai esetében, amelyek valamely nagybolygóval állnak középmozgás rezonanciában. A Neptunuszon túli vidék jelentős számú kisbolygót tartalmaz (TNO-k), ahol változatos orbitális pályákkal találkozhatunk, így ez a terület kimeríthetetlen tárházát nyújtja a különböző dinamikai problémáknak. Találhatunk itt nagyon elnyúlt pályákat, vagy éppen nagyon ferdéket is, melyek magyarázata bolygóevolúciós szempontból is igen fontos lehet. Kutatásunk első részében a FAIR módszert alkalmazva vizsgáljuk a dinamikai szempontból lényeges középmozgás rezonanciákat a Neptunusz óriásbolygóval. Terveink között egy online adatbázis közlése is szerepel, ahol az egyedi TNO-k dinamikai és fizikai tulajdonságai is feltüntetésre kerülnek.

Sudár Ákos, Varga-Kőfaragó Mónika, Barnaföldi Gergely Gábor és Légrády Dávid (2021.07.01 - 2022.08.31)

Wigner Fizikai Kutatóközpont és BME Nukleáris Technikai Intézet

Támogatás: NKFIH 2020-2.1.1-ED-2021-00179

Kivonat: A proton komputertomográfia (pCT) fejlesztésének célja a páciens relatív fékezési energia ( relative stopping power, RSP) eloszlásának pontos meghatározása, ezzel lehetővé téve a protonterápia során alkalmazott biztonsági zónák méretének csökkentését. A pCT képalkotás során a pácienst protonokkal világítják át, amelyek iránya és energiája a páciens előtt megválasztható, a páciens mögött mérhető, ami alapján meghatározható a protonok legvalószínűbb pályája (maximum likely path, MLP) és a páciensben leadott energiájuk. A mérési adatokból a térbeli kép rekonstruálása az order suppressed expectation maximalization (OSEM) módszer alkalmazásával történik, ami a maximum likelihood expectation maximalization (ML-EM) módszer egy gyorsított változata. A jelenlegi projekt célja egy párhuzamosított és részben grafikus kártyán futó program kifejlesztése a képrekonstrukciós idő minimalizálása érdekében. A szoftver későbbiekben a Bergen pCT Kollaboráció által fejlesztett detektorrendszer mérési adatainak képrekonstrukciója során kerül felhasználásra, ezzel hozzájárulva a kutatócsoport munkájához és későbbi publikációihoz.

Bedőházi Zsolt[1,2] and Biricz András[1] (2023.02.13 - 05.15)

[1] ELTE Department of Complex Systems in Physics
[2] ELTE Doctoral School of Informatics

Kivonat: The application of deep learning in gigapixel whole slide image analysis has shown promising results in terms of accuracy and efficiency compared to traditional image analysis techniques. Transformer based models as the current state-of-the-art algorithms are designed to identify and classify various structures and patterns within the tissue, providing insights into the underlying pathology and helping in the diagnosis and treatment of diseases. We are currently working on multiple projects in this field including breast cancer stage prediction [1] and colorectal cancer detection [2].

Csabai István, Gellért Ákos, Pál Balázs (2022.01.01 - 2022.08.31)

ELTE Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék

Publikáció: SARS-CoV-2 RBD deep mutational AlphaFold2 structures carry phenotypic information

Kivonat: A COVID-19 járvány az egész emberiség számára rendkívüli helyzetet teremtett, több millió emberéletet követelt és jelentős gazdasági visszaesést okozott. Ugyanakkor a nemzetközi kutatói közösség rövid időn belül minden eddiginél nagyságrendekkel nagyobb adathalmazt hozott létre, mely hozzájárulhat a járvány kialakulásának és dinamikájának megértéséhez, annak megfékezéséhez és hasonló pandémiák megakadályozásához. A GISAID és a COVID-19 Data Portal adatbázisokban több millió teljes SARS-CoV-2 genom található meg. A genetikai szekvenciákat a modern berendezéseknek köszönhetően viszonylag könnyen és gyorsan le lehet olvasni de nagyon nehéz pusztán a szekvenciák és a bennük gyülemlő mutációk alapján megmondani mennyire gyorsan terjedő, mennyire veszélyes az adott variáns. A genetikai információ fehérjékbe íródik át, majd a fehérjék térszerkezete, töltéseloszlása, kölcsönhatása a gazdaszervezet fehérjéivel határozzák meg a virus működését, a fenotípust. Összefoglalva, a genotípus-fenotípus problémakör a genetikai információk alapján a virus viselkedésének becslése.

Az elmúlt évben a rohamos ütemben fejloődő mesterséges intelligencia megközelítéssel sikerült egy olyan mérföldkövet elérni, ami jelentősen segítheti a genotípus-fenotípus kutatásokat. Az Alphafold2 módszer segítségével elfogadható idő alatt, kellő pontossággal meghatározható olyan nagy fehérjék térszerkezete. A gépi tanulás alapú Alphafold2 módszer jelentős számítási, elsősorban GPU kapacitást igényel.

Egy H2020 projekt keretében együttműködünk az EMBL-EBI szervezettel a SARS-CoV-2 genetikai archívum fejlesztésén. Célunk ennek kiegészítése minél több variáns fehérjéinek 3D szerkezetével és a szerkezetek segítségével a genotípus-fenotípus kérdés előremozdítása.

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

István Papp, Larissa Bravina, Mária Csete, Igor N. Mishustin, Dénes Molnár, Anton Motornenko, Leonid M. Satarov, Horst Stöcker, Daniel D. Strottman, András Szenes, Dávid Vass, Tamás S. Biró, László P. Csernai, Norbert Kroó (2022.01.01 - 2022.06.30)

Publikáció: Laser Wake Field Collider

Kivonat: A növekvő létszámú emberiség fejlődésének egyik kulcsa a hatékony, bőséges és környezetbarát energiatermelés. A ma ismert fizikai folyamatok közül hosszú távon erre a magfúzió alkalmas. Legígéretesebb, energia termelésre is alkalmazható módszer az inerciálisan bezárt fúzió. A tudomány jelen állása szerint ennek fejlődését visszafogják az összenyomás során keletkező hidrodinamikai instabilitások. Jelen kutatás ezek kialakulásának elkerülésére javasol megoldásokat két friss kutatási területből tanultakkal:
(i) egyidejű térfogati begyújtás [1], illetve
(ii) az abszorptivtás növelése nano-rúdak vagy nano-gömbök segítségével [2].
Az említett alapelvek alkalmazhatóak egy vonalon történő kétoldali lézer belövésnél is [3]. Hasonló kísérleti összeállítással már értek el sikeres eredményeket. Tanulmányozzuk a plazma gyorsítás hatásait az anyagban ,,ütköző" lézersugarak esetében. Ezek a vizsgálatok lézer fúzión kívül alkalmazhatóak más hasonló gyors fázisátalakulásoknál, vagy más anyagok hirtelen begyújtásánál.

Refernciák:
[1] L. P. Csernai and D. D. Strottman, “Volume ignition via time-like detonation in pellet fusion,” Laser Part. Beams. 33 (2), 279--282 (2015).
[2] L. P. Csernai, N. Kroo, and I. Papp, “Radiation dominated implosion with nano--plasmonics,” Laser Part. Beams. 36 (2), 171--178 (2018).
[3] L.P Csernai, M. Csete, I.N. Mishustin, A. Motornenko, I. Papp, L.M. Starov, H. Stöcker, N. Kroó, "Radiation dominated implosion with flat target", Physics of Wave Phenomena, 2020, accepted for publication.

István Papp, Larissa Bravina, Mária Csete, Igor N. Mishustin, Dénes Molnár, Anton Motornenko, Leonid M. Satarov, Horst Stöcker, Daniel D. Strottman, András Szenes, Dávid Vass, Tamás S. Biró, László P. Csernai, Norbert Kroó (2022.07.01 - 2022.12.31)

Kivonat: A fosszilis tüzelőanyagoktól való függésünk az elmúlt évszázadban egyre inkább nőtt, és ma már alternatı́v energiaforrásokra lesz szükségünk. A lézeres fúzió ı́géretes lehetőség a tiszta és biztonságos energiatermeléshez. Az eddigi legsikeresebb konfiguráció indirekt begyújtást használ, a céltárgy közvetetten gyullad be a külső aranyhengerből származó Röntgen sugárzástól. Miután a céltárgy összenyomódik, Rayleigh-Taylor instabilitások alakulnak ki.

A Wigner Fizikai Kutatóközpontban működő kutatócsoporok egyike a Nanoplazmonikus Lézeres Fúzió Nemzeti Kutatólaboratórium (NAPLIFE) célja a fúzió esélyének javı́tása nagy teljesı́tményű rövid lézerimpulzusokkal és céltárgygyártással, ötvözve a nehézion-ütközések és az optika legújabb felfedezéseit [1]. Célunk a rezonáns arany nanoantennák felületi plazmonikus hatásának szimulációs vizsgálata különböző monomer közegekben. A monomer csak kísérleti célokat szolgál, bizonyítani a nanorudak hatékonyságát. A plazmonhatás létfontosságú a projekt számára, mivel ezekkel tudjuk majd befolyásolni a céltárgy abszorpciós tulajdonságait. Tanulmányozzuk a különböző monomer rétegek különböző arany nanorészecske sűrűséggel való szennyezésének viselkedését, figyelembevéve a plazmonok élettartamát egy kinetikus modell segítségével [2]. Az eredmények elengedhetetlenek lesznek jövőbeli kísérletek tervezéséhez az ELI-ALPS Szeged lézeres létesítményében.

[1] L.P Csernai, N. Kroo and I. Papp, Radiation dominated implosion with nanoplasmonics, Laser and Particle Beams, Volume 36, Issue 2, June 2018 , pp. 171-178

[2] I. Papp, L. Bravina, M. Csete, et al., Kinetic model evaluation of the resilience of plasmonic nanoantennas for laser-induced fusion, PRX Energy, Vol. 1, Iss. 2 (2022)

Ernő Dávid, Dávid El-Saig, Zoltán Lehóczky és Gergely Gábor Barnaföldi (2021.12.01 - 2022.08.31)

Wigner RCP és Lombiq Technologies Ltd. együttműködés

Kivonat: A Lombiq Technologies Hastlayer terméke lehetővé teszi a .NET platform szoftverfejlesztőinek, hogy FPGA-kat gyorsítókártyákként használjanak. Standard .NET programokat tud ekvivalens hadverimplementációvá alakítani, és ezzel az erre alkalmas algoritmusokat automatikusan felgyorsítani és az energiafelhasználásukat csökkenteni. A fejlesztők továbbra is szokványos .NET programokat írnak, nincs szükség hardvertervezői tudásra.

A Hastlayerhez minden támogatott FPGA gyorsítókártya esetében el kell készíteni a futtatást lehetővé tevő firmware és szoftver komponenseket. A Wigner FK-val közösen korábban már elkészült több platform támogatása is (Microsoft Catapult platform és Xilinx Alveo FPGA kártya család). A most következő szakasz célja a Hastlayer futását lehetővé tenni beágyazott rendszereken is, mint pl. amilyenek a Xilinx Zynq FPGA család tagjaival szerelt FPGA kártyák.

A Wigner feladata kifejleszteni a Hastlayer által generált hardverkomponensek futtatásához szükséges firmware keretrendszert Xilinx Zynq FPGA-ra, illetve az FPGA-ba lévő ARM processzorokon futó Linux operációs rendszer szükséges szintű módosításait elvégezni.

Bíró Gábor, Papp Gábor, Barnaföldi Gergely Gábor, Majoros Balázs (2021. 06.01 – 2022. 08.31)

Wigner Fizikai Kutatóközpont és Eötvös Loránd Tudományegyetem

Kivonat: A világ legnagyobb részecskegyorsítóiban, mint amilyen a Nagy Hadronütköztető a CERN-ben vagy a Relativisztikus Nehézion-ütköztető a BNL-ben, több százezer kölcsönhatás történhet minden egyes másodpercben. A nagyenergiás nehézion-ütközések egy speciális részhalmazát képezik ezen eseményeknek, melyeknek célja az Univerzum keletkezésekor jelen lévő anyagnak, a kvark-gluon plazma tulajdonságainak a vizsgálata. A kísérletek mellett mindig szükség van numerikus számolásokra, például Monte Carlo eseménygenerátorokra. Ezen számolások azonban rendkívül számításigényesek: még egy modern CPU-val rendelkező gépnek is, a kísérleti adatok mindössze néhány másodpercének a szimulációja több órányi (akár több napnyi) gépidőt is igényelhet. Az LHC-nál történő fejlesztéseknek köszönhetően a jövőben ez még nagyobb kihívást jelent majd. A HIJING++ keretrendszer a nagyenergiás nehézion-fizikai Monte Carlo eseménygenerátorok következő generációja. A legújabb elméleti modellek és a beépített CPU párhuzamosítás segítségével képes lesz kihasználni a modern többmagos architektúrákat, ezáltal lecsökkenti a szükséges gépidőt és egyéb járulékos költségeket.

Stippinger Marcell, Telcs András (2022.01.01 - 2022.03.30)

Wigner Fizikai Kutatóközpont

Kivonat: A project célja olyan módszer kifejlesztése, amivel idősorok közötti oksági kapcsolat vizsgálható. A módszer lelke különböző feltételes idősorok Markovitás vizsgálata. A módszer középpontjában egy sor feltételes függetlenség vizsgálat van. Ezek végeredményét összesítjük majd egyszerű döntési fa vezet a konklúziohoz.

Kacskovics Balázs (2016.09.01 - 2021.05.31)

Témavezető: Dr. Vasúth Mátyás

Wigner Fizikai Kutatóközpont

Publikáció:The orbital evolution and gravitational waves of OJ 287 in the 4th post-Newtonian order

Kivonat: Bár a Gravitációs hullámok elso detektálása megtörtént 2016-ban a GW150914-el, még mindig rengeteg olyan egzotikus eset vár felfedezésre, mint a Zoom-Whirl pályával rendlekezo kettosök, Super massive feketelyuka, stb. Ezen és hasonló esetek vizsgálatára alkalmas a Wigner fk. Gravitációsfizikai csoportja által fejlesztett CBwaves programcsomag, amelyet a Post-Newtoni formalizmus tagjainak negyedrendjével és Hamiltoni formalizmussal fejlesztenénk tovább, illetve a régi kódot párhuzamos módszerek segítségével gyorsítanánk fel.

Bíró Gábor, Tanko-Bartalis Bence (2021. 07. – 2021. 09.)

Wigner Fizikai Kutatóközpont és Oxford University

Publikáció: Studying Hadronization by Machine Learning Techniques

Kivonat: A projekt célja gépi tanulási módszerek alkalmazása nagyenergiás részecskefizikai vizsgálatok elősegítéséhez. A nagyenergiás fizikában számos olyan numerikus szimuláció (pl. Monte Carlo eseménygenerátorok) létezik, melyek rendkívül számításigényesek. Ezen nagy számítási kapacitást igénylő, specifikus részecskefizikai kalkulációkat végző algoritmusok fejlesztését és tesztelését, valamint hardveres gyorsítását jelentősen elősegíthetik a gépi tanulás alapú módszerek használata.

Kovács Tamás, Kővári Emese, Forgács-Dajka Emese (2022.01.01 - 2022.03.30)

Eötvös Loránd Tudományegyetem, Asztrofizikai és Űrtudományi Centrum

Kivonat: Napjaink bolygókutatásában a hosszú idejű stabilitásvizsgálat alapvető jelentőségű. Mindamellett, hogy a megfigyelési adatok egyre nagyobb mennyiségben állnak rendelkezésünkre és ezáltal egyre pontosabb bolygópályákat szolgáltatnak, a klasszikus stabilitásvizsgálat elengedhetetlen kelléke a gravitációs N-test probléma megoldása és a fázistrajektóriák elemzése. Egy olyan módszert alkalmazunk a bolygórendszerek stabilitásvizsgálatára, melynek alapja a megfigyelt mennyiségekből származtatott általánosított Rényi-entrópia. Jelen munkában a megfigyelt mennyiség, az exobolygó kutatásban jól alkalmazható, központi égitest radiális sebessége. Ebből fejtjük vissza a fázistérbeli viselkedést, majd a Poincaré-féle visszatérési idők segítségével határozzuk meg egy adott mozgás entrópiáját, komplexitását. Nagy teljesítményű számítógépek segítségével lehetőségünk nyílik a fázistér rekonstrukciójára, valamint a hosszú idősorokból származó lineáris algebrai feladatok elvégzésére. Eredményeink azt mutatják, hogy az entrópia-alapú megközelítés jó egyezést mutat a klasszikus káoszdetektálási módszerekkel.