Neuer Rechenrekord auf dem Gebiet der Simulation komplexer quantenphysikalischer Systeme aufgestellt

Zwei ungarische Forscher, Andor Menczer und Örs Legeza, haben einen neuen Rechenrekord auf dem Gebiet der Supercomputer-Simulation komplexer quantenphysikalischer Systeme aufgestellt. Ihre Ergebnisse stellen einen Meilenstein auf dem Gebiet der Computermodellierung von Quantenmaterie dar, können komplexe biochemische Zusammenhänge lösen und bei der Vorbereitung von Experimenten und industriellen Entwicklungen, die bisher viel Zeit und Geld gekostet haben, eine große Hilfe sein, teilte das ungarische Forschungsnetzwerk HUN-REN am Mittwoch der MTI mit.

Demnach können 250.000 Milliarden Elementaroperationen pro Sekunde von einem Simulationsprogramm gelöst werden, das dazu beitragen kann, die Kosten für Forschungsarbeiten zu senken, die auf eine Verbesserung der Effizienz beispielsweise bei der Entwicklung von Medikamenten oder beim Energietransport abzielen.

Andor Menczer, Doktorand an der ELTE-Universität, und Örs Legeza, wissenschaftlicher Berater am Wigner-Forschungszentrum für Physik (FK) des HUN-REN, haben mit Hilfe des Tensornetz-Algorithmus fast ein Viertel der PetaFlops-Leistung auf einem einzigen Computer erreicht. Die Forscher haben vor kurzem die Ergebnisse in ihrem neuesten wissenschaftlichen Beitrag veröffentlicht, zusammen mit dem US Pacific Northwest National Laboratory und ihren Startup-Industriepartnern NVIDIA und SandboxAQ Google.

„Diese Leistung mit KI-Beschleunigern stellt einen neuen Meilenstein auf dem Gebiet der rechnerischen Modellierung von Quantenmaterie dar und überwindet eine neue Grenze im Leistungskampf zwischen klassischen und Quantencomputern“, wird Örs Legeza in der Mitteilung zitiert.

Die mit dem NVIDIA DGX-H100 erreichte Leistung von 246 TeraFlops entspricht der Leistung von fast achtzig Computern mit einem 128-core Prozessor oder 700 bis 1000 modernen Laptops. Das ist fast die Hälfte der KI-Partition des ungarischen Supercomputers Komondor (0,6 PetaFlops).

Das Ergebnis ist der Mitteilung zufolge ein wichtiger Durchbruch bei der Nutzung der Leistung neuer Hardwaregeräte im Fall der Algorithmen, die nicht speziell auf KI basieren.

Die erreichbare Leistung kann durch die Zusammenschaltung einzelner Computer weiter gesteigert werden. Im Jahr 2015 hatte einer der damals größten japanischen Supercomputer der Welt eine Leistung von 10 PetaFlops, heißt es in der Mitteilung.

Die Kombination aus immer neueren mathematischen Algorithmen und dem fast unvorstellbaren Tempo des Fortschritts in der Informationstechnologie öffnet die Tür zur Untersuchung komplexer Quantensysteme, die bisher nur in den Träumen der Forscher existierten“,

betonte Örs Legeza in der Mitteilung.

Nach Angaben des wissenschaftlichen Beraters der HUN-REN Wigner FK hat die gemeinsame Forschung neben der rechnerischen Leistung auch Ergebnisse von bisher nicht gekannter Präzision in komplexen biochemischen Systemen mit Übergangsmetalloenzymen erbracht. Metallhaltige Katalysatoren sind der Schlüssel zu vielen industriellen und biologischen Prozessen und spielen eine grundlegende Rolle bei der Ermöglichung chemischer Reaktionen.

Diese „begleitenden Kraftwerke“ der Energieumwandlung sind auch für viele Industriezweige, einschließlich der Medizin, der Stromerzeugung und vieler Konsumgüter, von entscheidender Bedeutung. Katalysatoren beschleunigen chemische Reaktionen, verringern den Energiebedarf für die chemische Umwandlung und machen die damit verbundenen Prozesse effizienter und nachhaltiger.

„Sie zu verstehen und zu optimieren ist unerlässlich, um die großen globalen Herausforderungen von heute zu bewältigen, wie die grüne Energieerzeugung oder die ökologische Nachhaltigkeit“, fügte der HUN-REN-Forscher hinzu.

Die neue Forschungsrichtung findet auch in Industriekreisen zunehmend Beachtung, da die Kombination des Tensornetz-Algorithmus mit KI-basierten Methoden eine völlig neue Simulationsumgebung für die pharmazeutische und chemische Industrie schafft.

Durch die enormen Leistungssteigerungen können Berechnungen, die früher mehrere Monate dauerten, nun an einem Tag durchgeführt werden, was ein revolutionäres Instrumentarium für die quantenchemische Modellierung darstellt.

Der Algorithmus wird derzeit auf neuerer Hardware optimiert, von der einige erst in der Zukunft öffentlich zugänglich gemacht werden sollen. „Das gemeinsame Forschungsergebnis unterstreicht auch das enorme Potenzial von Synergien zwischen Wissenschaft und Industrie“, so Örs Legeza in der Mitteilung.

Via MTI Beitragsbild: Pixabay