Un grupo de físicos del Instituto Skobeltsyn de Física Nuclear, la Universidad Estatal de Moscú Lomonosov, aprendió a usar una computadora personal para calcular ecuaciones complejas de mecánica cuántica, generalmente resueltas con la ayuda de supercomputadoras. Esta PC hace el trabajo mucho más rápidoUn artículo sobre los resultados del trabajo ha sido publicado en la revista Comunicaciones de física informática .
Los investigadores principales Vladimir Pomerantcev y Olga Rubtsova, trabajando bajo la guía del profesor Vladimir Kukulin SINP MSU, pudieron usar en una PC de escritorio ordinaria con GPU para resolver ecuaciones integrales complicadas de mecánica cuántica, previamente resueltas solo con los poderosos, supercomputadoras caras. Según Vladimir Kukulin, la computadora personal hace el trabajo mucho más rápido: en 15 minutos está haciendo el trabajo que normalmente requiere 2-3 días del tiempo de la supercomputadora.
Las ecuaciones en cuestión fueron formuladas en los años 60 por el matemático ruso Ludwig Faddeev. Las ecuaciones describen la dispersión de unas pocas partículas cuánticas, es decir, representan un análogo mecánico cuántico de la teoría newtoniana de los sistemas de tres cuerpos. Como resultado, todo el campo de la mecánica cuántica llamado "física de sistemas de pocos cuerpos" apareció poco después de esto.
Esta área presenta un gran interés para los científicos dedicados a la mecánica cuántica, la física nuclear y atómica y la teoría de la dispersión. Durante varias décadas después del trabajo pionero de Faddeev, uno de sus principales propósitos fue aprender a resolver estas complicadas ecuaciones. Sin embargo,Debido a la increíble complejidad de los cálculos en el caso de interacciones totalmente realistas entre las partículas de un sistema, estuvieron fuera del alcance de los investigadores durante mucho tiempo, hasta que aparecieron las supercomputadoras.
La situación cambió dramáticamente después de que el grupo de SINP decidiera usar uno de los nuevos GP Nvidia diseñados para usar en consolas de juegos en su computadora personal. Según uno de los autores Vladimir Kukulin, Jefe de Laboratorio de Teoría Nuclear, el procesador fueno el más caro, de los que puedes comprar por $ 300-500.
El principal problema para resolver las ecuaciones de dispersión de múltiples partículas cuánticas fue el cálculo del núcleo integral: una gran tabla bidimensional, que consta de decenas o cientos de miles de filas y columnas, con cada elemento de una matriz tan enormesiendo el resultado de cálculos extremadamente complejos. Pero esta tabla parecía una pantalla de monitor con decenas de miles de millones de píxeles, y con una buena GPU era posible calcular todo esto. Usando el software desarrollado en Nvidia y haber escrito suEn sus propios programas, los investigadores dividieron sus cálculos en los miles de transmisiones y pudieron resolver el problema de manera brillante.
"Alcanzamos la velocidad con la que ni siquiera podíamos soñar", dijo Vladimir Kukulin. "El programa calcula 260 millones de complejas integrales dobles en una computadora de escritorio en solo tres segundos. ¡No hay comparación con las supercomputadoras! Mi colega de la Universidad deBochum en Alemania recientemente fallecido, tristemente, cuyo laboratorio hizo lo mismo, realizó los cálculos de una de las supercomputadoras más grandes de Alemania con la famosa arquitectura de genes azules que en realidad es muy costosa. Y lo que su grupo está buscando para dos o tresdías, lo hacemos en 15 minutos sin gastar un centavo "
Lo más sorprendente es que la calidad deseada de los procesadores gráficos y una gran cantidad de software existe desde hace diez años, pero nadie los usó para tales cálculos, prefiriendo las supercomputadoras. De todos modos, nuestros físicos sorprendieron bastante a sus contrapartes occidentales.
"Este trabajo, en nuestra opinión, abre formas completamente nuevas de analizar las reacciones químicas nucleares y de resonancia", dice Vladimir Kukulin. "También puede ser muy útil para resolver una gran cantidad de tareas informáticas en física de plasma, electrodinámica, geofísica, medicina y muchas otras áreas de la ciencia. Queremos organizar un tipo de curso de capacitación, donde los investigadores de varias áreas científicas de las universidades periféricas que no tienen acceso a las supercomputadoras puedan aprender a hacer en sus PC lo mismo que nosotros ".
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Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Moscú Lomonosov . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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