QMC@home

Quantum Monte Carlo At Home (QMC@HOME) - это проект, созданный для исследования и развития метода Монте-Карло в квантовой химии.

Проект изучает вопросы, связанные со структурой и взаимодействием молекул химических веществ с использованием численных методов Монте Карло. Так как уравнения квантовой теории, применительно к химии, очень сложны и тяжелы для расчетов, то требуются большие вычислительные мощности. В данном проекте организаторы хотят проверить возможности QMC (Квантового метода Монте Карло) для химических вычислений. Этот метод, якобы, самый удобный для параллельных вычислений, но пока мало применялся для решения реальных жизненных вопросов.

Методы Монте Карло (название взято из-за того, что для моделирования используется большое число случайных чисел) помогают в более точном (прямом нахождении) решении Уравнения Шрёдингера - одного из основных в квантовой химии. Обычно это уравнение решается путем большого числа последовательных приближений.

В настоящее время наряду с традиционным для проекта приложением Amolqc используется приложение ORCA, основанное на Теории функционала плотности. ORCA является самым современным на данный момент программным пакетом в квантовой химии.

– © boinc.ru

Почти точный перевод с официального сайта проекта:

Реакции между молекулами вещества оказывают огромное влияние почти на все стороны нашей жизни. Возможность точно предсказывать молекулярную структуру веществ, внутри- и межмолекулярные взаимодействия является очень важной для химии вообще, а так же для других наук. Квантовая химия есть обширный плацдарм для теоретических разработок в этом направлении. Но решение комплексов уравнений квантовой химии требует значительных вычислительных мощностей. Проект QMC@HOME рассчитывает на вычислительные мощности добровольцев-участников для усовершенствования метода Монте-Карло и дальнейшего его использования для нужд квантовой химии.

Прямое моделирование методом Монте-Карло какого-либо физического процесса подразумевает моделирование поведения отдельных элементарных частей физической системы. Квантовый метод Монте-Карло широко применяется для иследования сложных молекул и твердых тел. Это название объединяет несколько разных методов. Первый из них это Вариационный метод Монте-Карло, который по сути является численным интегрированием многомерных интегралов, возникающих при решении уравнения Шрёдингера. Для решения задачи, в которой участвует 1000 электронов, необходимо взятие 3000-мерных интегралов, и при решении таких задач метод Монте-Карло имеет огромное преимущество в производительности по сравнению с другими численными методами интегрирования. В настоящее время основные усилия исследователей направлены на создание эффективных Монте-Карло алгоритмов различных физических, химических и социальных процессов для параллельных вычислительных систем.

Традиционные методы определения электронной структуры, в частности, метод Хартри-Фока и производные от него, описывают систему с помощью многоэлектронной волновой функции. Основная цель теории функционала плотности – при описании электронной подсистемы заменить многоэлектронную волновую функцию электронной плотностью. Это ведет к существенному упрощению задачи, поскольку многоэлектронная волновая функция зависит от 3N переменных – по 3 пространственных координаты на каждый из N электронов, в то время как плотность – функция лишь трех пространственных координат.
Как правило, метод теории функионала плотности используется совместно с формализмом Кона-Шэма, в рамках которого трудноразрешимая задача об описании нескольких взаимодействующих электронов в статическом внешнем поле (атомных ядер) сводится к более простой задаче о независимых электронах, которые движутся в некотором эффективном потенциале. Этот эффективный потенциал включает в себя статический потенциал атомных ядер, а также учитывает кулоновские эффекты, в частности, обменное взаимодействие и электронную корреляцию.

– © Википедия о методе Монте-Карло

– © Википедия о Теории функционалал плотности

Краеугольным камнем квантовой химии является уравнение Шрёдингера. Большинство методов квантовой химии используют для его решения различные аппроксимации. В данном проекте ваш(и) компьютер(ы) будет(будут) занят(ы) задачами самого общего метода - FNDMC (Fixed Node Diffusion Monte Carlo), стохастического метода прямого численного решения уравнения Шрёдингера для различных молекулярных систем. Проект находится в стадии разработки, и нуждается в интенсивном тестировании и дальнейшем усовершенствовании.

Инициализация проекта - порядка 3 МБ. Задания: в зависимости от типа (и размера) молекулярной системы, порядка 3 МБ на 20-30 часов вычислений, порядка 5 МБ на 40-50 часов (на современном CPU 2-2.4 ГГц). Возможна так же следующая ситуация: клиент получает задание просчитывать одну и ту же систему много раз, в зависимости от меняющихся параметров системы. Данная особенность очень удобна при загрузке заданий на несколько дней - при тех же 3-5 МБ затраченного трафика PC получает заданий на 150-180 часов рассчётов (файл с параметрами системы, относительно которых и нужно будет производить вычисления, «весит» 300-900 байт).

Для приложения ORCA - рассчётный модуль порядка 20 Мб, файлы заданий обладают меньшим объёмом в сравнении с традиционным рассчётным модулем QMC@home.

В ОЗУ приложение как правило занимает порядка 40-50 МБ, как максимум - 90-100 МБ.

• Официальный сайт
• Список российских команд
• Раздел на нашем форуме