Projekt "Dokładne i wydajne metody obliczeniowe oparte na formalizmie grupy renormalizacyjnej macierzy gęstości DMRG dla dużych cząsteczek" otrzymał ponad 800 tys. zł dofinansowania na badania, którymi pokieruje prof. Katarzyna Pernal z Wydziału Fizyki Technicznej, Informatyki i Matematyki Stosowanej. Temat będzie realizowany we współpracy z prof. Liborem Veisem z Czeskiej Akademii Nauk.
Jak wyjaśnia prof. Pernal:
Obliczenia kwantowo-chemiczne odgrywają obecnie pełnoprawną rolę w badaniach chemicznych. Chemia obliczeniowa pomaga analizować i wyjaśniać obserwacje eksperymentalne, wspomaga projektowanie nowych materiałów i pozwala przewidywać właściwości nowych cząsteczek. Pomimo ogromnego postępu w rozwoju metod obliczeniowych, istnieje wciąż kategoria problemów chemicznych, czekających na wiarygodny opis teoretyczny. Od dawna znanym problemem i wyzwaniem dla istniejących metod są tak zwane układy chemiczne z quasidegeneracją, znane również jako układy z silnie skorelowanymi elektronami. Wbrew pozorom, silnie skorelowane elektrony nie są tworami egzotycznymi i występują w złożonych układach molekularnych o znaczeniu biologicznym, jak i w wielu nowoczesnych materiałach o znaczeniu technologicznym.
Celem proponowanego projektu jest opracowanie i wdrożenie nowych narzędzi obliczeniowych opartych na DMRG, które są odpowiednie do rozszerzania silnie skorelowanych cząsteczek i ich zastosowanie do trudnych problemów, takich jak struktura elektronowa biologicznie istotnych kompleksów metali przejściowych. Jak zespól badawczy planuje rozwiązać postawiony cel tłumaczy prof. Katarzyna Pernal.
Aby osiągnąć ten cel, planujemy rozwinąć metody teoretyczne oparte o DMRG, w tym metody kwantowego embeddingu, które znacząco rozszerzą możliwości zastosowania DMRG do dużych układów. Drugim celem projektu są szybkie algorytmy obliczeniowe dla nowych metod i ich wydajna równoległa implementacja komputerowa w ogólno dostępnym pakiecie obliczeniowym. Nowe narzędzia obliczeniowe pozwolą na przełamanie ograniczeń w dokładności i rozmiarowych obecnie dostępnych metod opartych na DMRG. W grupie prof. Veisa powstał jeden z najszybszych na świecie programów do obliczeń DMRG, który zostanie wykorzystany jako główny solver do zadań projektu. W projekcie wykorzystane zostanie unikalne doświadczenie L. Veisa w programowaniu równoległym algorytmów do rozwiazywania problemów kwantowochemicznych.
Projekty obejmujące współpracę międzynarodową były oceniane w oparciu o Lead Agency Procedure (LAP), w której NCN pełniło rolę agencji wiodącej. Badania prowadzone przez Czeską Akademię Nauk sfinansuje agencja Czech Science Foundation (GACR).