Специалисты Научно-исследовательского института ядерной физики при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова (НИИЯФ МГУ) сумели задействовать обычный персональный компьютер для решения сложнейших уравнений квантовой механики. Ранее для этого, как утверждается, использовались только мощные и дорогие суперкомпьютеры.
Уравнения, о которых идёт речь, были сформулированы ещё в 60-х годах прошлого века российским математиком Людвигом Фаддеевым. Они описывали процесс рассеяния нескольких квантовых частиц, то есть представляли собой некий квантовомеханический аналог ньютоновой теории трёх тел. В результате быстро возникла целая область квантовой механики под названием «физика малочастичных систем».
Эта область представляет огромный интерес для учёных, занимающихся квантовой механикой и теорией рассеяния. Проблема же заключается в решении уравнений. Дело в том, что из-за своей невероятной сложности для расчёта уравнения в случае полностью реалистических взаимодействий между частицами системы долгое время не поддавались исследователям — до тех пор, пока не появились суперкомпьютеры.
Теперь же благодаря российским физикам для решения задачи можно применять обычные настольные ПК. Секрет заключается в использовании одного из новых графических процессоров NVIDIA и специализированного программного обеспечения. Стоимость дополнительных комплектующих оценивается в 300–500 долларов США.
Главной проблемой при решении уравнений рассеяния для нескольких квантовых частиц было вычисление интегрального «ядра» — громадной двумерной таблицы, состоящей из десятков и сотен тысяч строк и столбцов, причём каждый элемент такой огромной матрицы был результатом очень сложных вычислений. Эта таблица представляет собой как бы экран с десятками миллиардов пикселей, и с помощью хорошего графического процессора её вполне можно построить. Воспользовавшись софтом, разработанным в NVIDIA, и написав собственные программы, учёные МГУ разбили вычисления на много тысяч потоков и смогли эффективно решить задачу.
Утверждается, что работу, на которую у суперкомпьютера уходит два-три дня, новая система выполняет за 15 минут. При этом не требуется арендовать дорогостоящие вычислительные комплексы.
«Эта работа, на наш взгляд, открывает совершенно новые пути в анализе ядерных и резонансных химических реакций. Она также может оказаться очень полезной для решения большого числа вычислительных задач в физике плазмы, электродинамике, геофизике, медицине и множестве других областей науки. Мы хотим организовать что-то наподобие учебных курсов, где исследователи самых разных научных направлений из периферийных университетов, не имеющие доступа к суперкомпьютерам, смогли бы научиться делать на своих «персоналках» то же самое, что делаем мы», — говорят российские исследователи.
Источник:
