BOINC.ITALY - TOPIC UFFICIALE PROGETTO QMC@home
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Ambito: Chimica
Home page del progetto
Informazioni generali sul progetto
Il progetto QMC@HOME è curato dalla facoltà di Chimica Organica Teorica dell'
Università di Münster in Germania.
Introduzione: (tratta e tradotta dal sito ufficiale)
Noi viviamo in un mondo pieno di molecole: le molecole costituiscono i nostri corpi e le reazioni tra molecole sono fenomeni essenziali dietro tutti i processi della vita. Noi respiriamo, mangiamo e deterioriamo molecole ogni giorno.
Con questo in mente si può immaginare la grande importanza della conoscenza inerente la struttura molecolare e anche l’utilità dell’abilità di fare predizioni in modo accurato circa la reattività molecolare.
La Teoria Quantistica in linea di principio permette di predire la struttura e la reattività di tutte le molecole, ma le equazioni si trasformano in un complesso insolubile con l’aumento delle dimensioni del sistema. Soluzioni analitiche esatte sono possibili soltanto per i sistemi più piccoli mentre per la maggior parte di tutte le molecole di interesse in chimica e scienze biologiche, queste soluzioni non sono a noi note.
La Chimica quantistica è la scienza che inventa intelligenti approssimazioni della Teoria Quantistica per predire informazioni molecolari con alta accuratezza. Tuttavia risolvere persino delle equazioni approssimate di chimica quantistica per i sistemi realmente esistenti (non teorici) richiede una quantità enorme di potere computazionale.
Quantum Monte Carlo (QMC) è un nuovo metodo molto promettente di Chimica Quantistica. Uno dei maggiori vantaggi di QMC è l’abilità di eseguire in maniera massiccia calcoli paralleli, che possono essere utilizzati per allargare l’orizzonte dei sistemi calcolabili distribuendo il lavoro a parecchie centinaia o persino migliaia di processori.
Quantum Monte Carlo At Home (QMC@HOME) è un progetto realizzato per favorire lo sviluppo del metodo QMC per un uso generale in Chimica Quantistica. Con l’aiuto di volontari da tutte le parti del mondo si vuole acquisire il potere computazionale necessario per testare e sviluppare ulteriormente le opportunità del promettente nuovo approccio QMC.
Scopo del progetto: (tratta e tradotta dal sito ufficiale)
La capacità di predire esattamente la struttura e la reattività molecolari è di importanza generale in chimica e nelle scienze biologiche. La Chimica Quantistica è un campo vitale di ricerca teorica su questi fenomeni. Un nuovo metodo di Chimica Quantistica molto promettente è Quantum Monte Carlo (QMC). Il nostro progetto Quantum Monte Carlo At Home (QMC@HOME) è dedicato ad un ulteriore sviluppo di QMC per un uso generale nella Chimica Quantistica, per predire la struttura e la reattività delle molecole importanti nella chimica e nelle scienze biologiche.
La Teoria Quantistica è stata sviluppata nella prima metà del ventesimo secolo da Planck, Einstein, Bohr, Schrödinger, Heisenberg, Pauli, Dirac ed altri. Ha sostituito le meccaniche newtoniane e l'elettromagnetismo classico, siccome può spiegare le osservazioni ai livelli atomici e subatomici che non possono essere spiegati da queste teorie classiche. (Maggiori informazioni in inglese, su
Quantum Theory).
Sulla base del fondamento teorico della Teoria Quantistica, la Chimica Quantistica prova a fornire previsioni sul tutto ciò che è importante in chimica. Le equazioni della Teoria Quantistica sono insolubili per la maggior parte dei sistemi di interesse in chimica, quindi devono essere fatte intelligenti approssimazioni. Anche con queste approssimazioni i calcoli chimici quantistici hanno bisogno di un potere di calcolo molto elevato. L'unico metodo di Chimica Quantistica che è adatto a calcoli paralleli in maniera massiccia è Quantum Monte Carlo (QMC), ma finora, poco è conosciuto circa le prestazioni di QMC per i problemi nella realtà. All'interno del nostro progetto desideriamo verificare e ulteriormente sviluppare le opportunità di QMC per i calcoli di Chimica Quantistica. (Maggiori informazioni in inglese su
Quantum Chemistry).
Centrale in Chimica Quantistica è la cosiddetta “equazione di Schrödinger”. La maggior parte dei metodi ad alto livello in Chimica Quantistica provano a risolvere questa equazione per mezzo di approssimazioni astute. La versione più comune di Quantum Monte Carlo (QMC) è Fixed Node Diffusion Monte Carlo (FNDMC), un metodo
stocastico per risolvere numericamente in modo diretto l'equazione di Schrödinger. In FNDMC l'equazione di Schrödinger è tracciata ad un processo di diffusione che è risolto esattamente (all'interno dei volumi definiti dai nodi di una funzione di prova) attraverso una simulazione Monte Carlo. Siccome le simulazioni Monte Carlo fanno un vasto uso di numeri casuali (da qui il loro nome), noi pensiamo che sia come giocare a dadi con le molecole. Il programma che usiamo per i nostri calcoli FNDMC è Amolqc, un programma di QMC sviluppato da Arne Lüchow ed altri. (Maggiori informazioni in inglese su
Schrödinger Equation;
Monte Carlo Methods;
Amolqc, Lüchow Group).
Quantum Monte Carlo (QMC) è una grande opportunità per la Chimica Quantistica. Ma QMC necessita di ampie prove e ulteriore sviluppo. Per acquisire il necessario potere computazionale abbiamo deciso usare il BOINC Public Resource Computing Middleware per installare il nostro progetto Quantum Monte Carlo At Home(QMC@HOME). Con l'aiuto dei volontari di ogni parte del mondo vogliamo acquisire il potere computazionale che è necessario per testare e ulteriormente sviluppare QMC per un uso generale in Chimica Quantistica.
Altre informazioni ed approfondimenti: (dal sito ufficiale e in inglese)