[QMC] Topic ufficiale

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BOINC.ITALY - TOPIC UFFICIALE PROGETTO QMC@home
(clicca QUA per la lista completa dei progetti seguiti da team)



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)

• La home page del progetto
• Le caratteristiche e le finalità del progetto in breve (la fonte della mia traduzione)
• Caratteristiche e finalità, in modo più esauriente (la fonte della mia traduzione)
• Alcune presentazioni di QMC in simposi/congressi (più esaurienti ancora)
• Foto del team responsabile del progetto
• Contattare il team responsabile del progetto

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Informazioni tecniche

Stato del progetto e delle iscrizioni:
Progetto attivo, in preparazione per il termine della fase di Beta Test (iniziata il 23/05/2006)
Iscrizioni aperte

Requisiti minimi a livello hardware:
Ecco i requisiti segnalati dagli sviluppatori del progetto:
* Operating System: Consigliato Windows 2000, Windows XP (anche 64 bit), Linux. Ma molti partecipanti utilizzano con successo Windows 98, 98SE, Millennium e 2003.
* RAM: 100MB
* HDD: 30MB
* CPU: 1000Mhz o superiore. Il processore di riferimento è un Pentium 4 con clock di 2400Mhz
* Versione Boinc consigliata 5.xx.yy o successiva
In ogni caso, QMC@Home regola l’assegnazione delle wu disponibili in base alla potenza del sistema adottato.

Screensaver:
Requisiti:
* DirectX 9.0c o successivo per Windows
* GL, GLU, GLUT e TRUETYPE per Linux
Lo screensaver mostra la molecola in corso di elaborazione e la sua energia istantanea calcolata dal programma. E’ possibile rotare a piacere la molecola e inoltre usare lo zoom sia per ingrandire sia per allontanare la visuale.





1 Un’immagine della molecola, interattiva e auto-rotante
2 Il nome della molecola e il perché dell’interesse circa questo composto
3 Una leggenda degli atomi (tipi atomici) che compongono la molecola
4 News, consigli, informazioni e altro..
5 Per ogni step della simulazione, l’energia calcolata è mostrata
6 Dati relativi alla WU e all’account
Ulteriori informazioni sono disponibili premendo “H”

Disponibilità di Work Unit: Buona
Il lavoro è di norma disponibile. I ricercatori consigliano una cache elevata per assicurare piena efficienza a un pc moderno che lavora 24h/7g.
Alla pagina Server Status trovate lo stato dei server e il numero di workunit ancora disponibili per il download (voce "Results ready to send" nella colonna di destra).

Down programmati: Nessuno
Al momento non sono in programma down settimanali.

Applicazioni disponibili:
L’applicazione è chiamata "Amolqc", è distribuita in differenti stati (Amolqc-alfa, Amolqc-beta...) e in differenti versioni (5.01, 5.02...), ciascuna in variante Windows e in variante Linux (non è fornita una variante Mac, poichè non possiedono l’hardware necessario al momento). Il nome “Amolqc-beta_5.01_windows_intelx86” quindi corrisponde all’applicazione in beta, versione 5.01 per i sistemi Windows.

25.01.2007: preRC1 5,01 (Windows, Linux)
09.06.2006: beta 5,07 (Linux)
06.06.2006: beta 5,06 (Windows)
24.05.2006: beta 5,02 (Linux)
23.05.2006: beta 5,01 (Windows)
16.03.2006: Amolqc alpha 5.06
28.02.2006: Amolqc alpha 5.02

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Work units disponibili:
Isomerisation reactions
Con la nostra ricerca sulle reazioni di isomerizzazione, speriamo di scoprire di più circa il cosiddetto “fixed-node error”. Questo errore è la limitazione principale del metodo di QMC.
I nomi delle wu si compongono nel seguente modo: one/two/three_e(duct)/p(roduct)NUMBER_isomerexp
“Educt” è un termine inglese utilizzato in letteratura tedesca. E’ intraducibile, grossomodo sta per reagente. Dove ogni “Number”, corrisponde una delle seguenti molecole:


Peptid conformers
Tutte del tipo PHE-GLY-GLY.
Sono interessati alle conformazioni dei peptidi come modelli quantistici di base per processi di folding (ripiegamento delle proteine. Il termine inglese è normalmente utilizzato pure in Italia).

PHE-GLY-GLY 114, Nome: 114, Tempo CPU approssimato: 24 ore

PHE-GLY-GLY 215, Nome: 215, Tempo CPU approssimato: 24 ore

PHE-GLY-GLY 224, Nome: 224, Tempo CPU approssimato: 24 ore

PHE-GLY-GLY 300, Nome: 300, Tempo CPU approssimato: 24 ore

PHE-GLY-GLY 357, Nome: 357, Tempo CPU approssimato: 24 ore

PHE-GLY-GLY 366, Nome: 366, Tempo CPU approssimato: 24 ore

PHE-GLY-GLY 412, Nome: 412, Tempo CPU approssimato: 24 ore

PHE-GLY-GLY 444, Nome: 444, Tempo CPU approssimato: 24 ore

PHE-GLY-GLY 470, Nome: 470, Tempo CPU approssimato: 24 ore

PHE-GLY-GLY 691, Nome: 691, Tempo CPU approssimato: 24 ore

PHE-GLY-GLY 099, Nome: 099, Tempo CPU approssimato: 24 ore

Alkane folding
Vogliono utilizzare il folding degli alcani come modello quantistico di base per processi di folding.

C14H30 folded, Nome: 14f, Tempo CPU approssimato: 9 ore

C14H30 unfolded, Nome: 14l, Tempo CPU approssimato: 9 ore

C22H46 folded, Nome: 22f, Tempo CPU approssimato: 36 ore

C22H46 unfolded, Nome: 22l, Tempo CPU approssimato: 36 ore

C30H62 folded, Nome: 30f, Tempo CPU approssimato: 72 ore

C30H62 folded, Nome: 30l, Tempo CPU approssimato: 72 ore

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Stacking effects
Con questi calcoli si cerca di capire i differenti effetti che si creano quando si impilano gli uni sugli altri sistemi saturi ed insaturi.

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Work units completate:
DNA base pairs
http://qah.uni-muenster.de/projectinfos2.php
http://qah.uni-muenster.de/projectinfos2b.php
http://qah.uni-muenster.de/projectinfos2c.php
JSCH benchmark
http://qah.uni-muenster.de/projectinfos2d.php

Status delle Work units (aggiornato quotidianamente):
http://qah.uni-muenster.de/statusbar.php

Tempi di elaborazione:
Le wu attualmente disponibili durano 4-72 ore processate sul sistema di riferimento (P4 2.400Mhz). L’algoritmo utilizzato per la distribuzione, favorisce wu piccole su sistemi meno potenti. In ogni caso non sono distribuite attualmente wu che superano i 3 giorni di calcolo sul sistema di riferimento.
La grandezza in dimensioni delle wu dipende anch’essa dal sistema di elaborazione ed è pari a qualche MB. Non vengono distribuite wu di peso superiore ai 10 MB.
Deadline di circa 2 settimane o 10 volte il tempo di elaborazione sul sistema di riferimento (qualunque sia superiore).
I checkpoint sono numerosi, fissati attualmente in un intervallo di 5-20 minuti.

Assegnazione crediti:
Crediti prestabiliti con quorum a 1 e replicazione iniziale a 1.
A causa di numerose lamentele circa tentativi di baro, gli sviluppatori hanno BLOCCATO l’assegnazione di crediti in accordo con lo standard del sistema Boinc. (Vedere QUA per ulteriori informazioni).
Il progetto assegna ad ogni wu un CREDITO PREFISSATO basato su un loro sistema.

Certificazione del proprio lavoro svolto:
http://qah.uni-muenster.de/cert.php

Applicazioni ottimizzate: Nessuna
Al momento non è previsto lo sviluppo di applicazioni ottimizzate ufficiali e i sorgenti dell'applicazione non sono ancora stati resi disponibili.

Problemi comuni:
Problemi Aperti:

• Error #127 ('libstdc++ not found'): ritorna con i preRC1, versione Linux (Maggiori informazioni in inglese QUA)
• Pochi processori AMD hanno mostrato problemi: Si cerca ancora una soluzione.
• Per alcuni formati della finestra il testo è indicato ai posti errati: Si cerca ancora una soluzione.

Problemi Chiusi:
BETA

• Firma falsa per Linux binario: Fissato con la versione 5.02
• Error #127 ('libstdc++ not found'): Fissato con la versione 5.03
• Error #3 (several 'Assertion ...' ): Fissato con le versioni 5.04 e 5.06
• Progresso della wu non mostrato: Fissato con la versione 5.05
• Versione Linux 5.06 errata: Fissato con la versione 5.07

ALPHA

• Pochi hosts mostrano continui errori “ERR_RESULT_START”: Fissato con Amolqc-alpha_5.04
• Alcune wu mostrano una percentuale superiore al 100% prima della corretta fine: Fissato con Amolqc-alpha_5.05
• Pochi hosts Linux incontrano continuamente l’errore “unknown error number”: Fissato con Amolqc-alpha_5.06

Per eventuali errori riscontrati durante l'elaborazione fate riferimento alla PAGINA SUGLI ERRORI del BOINC Wiki oppure:
http://qah.uni-muenster.de/qah_help.php
http://qah.uni-muenster.de/forum_help_desk.php

Posizione di BOINC.Italy nelle classifiche mondiali:


Link utili:
URL per l'Attach a QMC@home: http://qah.uni-muenster.de/ (da copiare e incollare nel Boinc Manager)
Link per effettuare il Join a BOINC.Italy su QMC@home
Classifica interna del team BOINC.Italy su QMC@home
Statistiche per QMC@home di BOINC.Italy su BOINCstats

Referente/i per QMC@home: Heric
Per qualsiasi problema riguardante questo progetto di calcolo distribuito, fare riferimento a questo thread ufficiale o contattarmi in privato. Se qualcuno è interessato al progetto e vuole dare una mano diventando referente, può contattarmi in privato.

[lucab76]

Bel lavoro, Heric!

Mi sembra che non manchi proprio nulla!
Anzi, mi hai fatto venire voglia di elaborare un po' anche per QMC!!

Solo una correzione da fare:
nei problemi aperti "Molti pochi processori" è orrendo... O togli il "molti" o metti "pochissimi" o metti "alcuni". Ok?

Ovviamente, da ora in poi, se mi servirà un redattore di thread ufficiali, saprò chi contattare...

[Heric]

Grazie Luca!
Corretto..

[GHz]

Finalmente un thread ufficiale fatto come si deve, dopo quelli di lucab!
Completo e dettagliato, complimenti Heric!
Segnalo il topic al nostro esperto di chimica Lucrezio per avere un parare "tecnico" sul contenuto

Ciao,
GHz

[Lucrezio]

Intanto complimenti per il lavoro che hai fatto, davvero ottimo!
Mi iscrivo al thread (anche perché sono uno dei frustatori di criceti su questo) e cerco di preparare qualcosa sul metodo Quantum Montecarlo!
Per intanto informazioni un po' più tecniche sul problema della chimica teorica si possono trovare qui:
http://www.hwupgrade.it/forum/showthread.php?t=1486871

Confermo che le WU sono pesantucce... soprattutto quelle sui tripeptidi, che possono richiedere una decina di ore anche a computer molto potenti (elaborandone due alla volta )

[gabi.2437]

Mistero, su ABC tutte le wu completate senza errore, con QMC (ma anche con Rosetta), vado a veder sul sito e su alcune, ma non tutte, client error.

[Heric]

Originariamente inviato da gabi.2437

Mistero, su ABC tutte le wu completate senza errore, con QMC (ma anche con Rosetta), vado a veder sul sito e su alcune, ma non tutte, client error.

Potresti risolvere settando "yes" Leave applications in memory while suspended? (suspended applications will consume swap space if 'yes') in General preferences, nel tuo account..

[gabi.2437]

Dici? Ma perchè? Cioè, 'while suspended' ma io scaccolo 1 progetto alla volta quindi non ho nulla in 'suspended'

[Heric]

Per Rosetta è un'opzione consigliata. Anche io avevo grossi problemi e li ho risolti così. Forse potrebbe giovarne pure QMC. Sinceramente, ho avuto solo un paio di errori in 17k crediti.. Non mi sono interessato a cercare sul forum una possibile soluzione.

[gabi.2437]

Proverò..

Domanda che mi sovviene ora.

Nel grafico le molecole vengono rappresentate con sfere e bastoncini, cosa che comprende già gli elettroni no? E allora i puntini gialli, che sono elettroni, da dove arrivano?

[Heric]

I "trattini" sono la rappresentazione dei legami molecolari. Coppie di elettroni (provenienti dalla configurazione esterna) condivise tra i vari atomi. Però il fatto è che non è possibile isolare e descrivere la traiettoria di un singolo elettrone nello spazio. Potremo solo immaginare delle nuvole elettroniche attorno ai vari nuclei. Delle regioni di spazio identificate da funzioni matematiche parametriche molto complesse che descrivono la probabilità di trovare nella suddetta regione l'elettrone con una probabilità del 90% almeno. I "puntini gialli" che saltano sono la rappresentazione delle configurazioni elettroniche che sono generate in maniera casuale dagli algoritmi QMC. Queste sono utilizzate per l'integrazione Monte Carlo dell'equazione da risolvere..

Non so se è chiaro. Ho provato a spiegartelo con parole mie.. Altrimenti ti cerco dei links..

[gabi.2437]

Ste cose le so, quindi vai tranquillo che capisco, però se guardo il grafico cioè, l'atomo è la sfera, ma questa sfera non rappresenta già nucleo+elettroni? Quindi i puntini gialli sono "extra"?

[gabi.2437]

Update: forse era così anche con Rosetta, i 'problemi' sorgono quando spengo il pc e poi lo riaccendo...se lasciassi il pc 24/24 ore acceso non avrei nessun client error ma non posso...quando lo accendo o qualche wu a metà va a puttane direttamente o cmq dà client error ma non sempre...

[Heric]

Originariamente inviato da gabi.2437

Quindi i puntini gialli sono "extra"?

Secondo me no..

Originariamente inviato da gabi.2437

Update: forse era così anche con Rosetta, i 'problemi' sorgono quando spengo il pc e poi lo riaccendo...se lasciassi il pc 24/24 ore acceso non avrei nessun client error ma non posso...quando lo accendo o qualche wu a metà va a puttane direttamente o cmq dà client error ma non sempre...

Prova a settare quella opzione e vediamo se cambia qualcosa..

[Lucrezio]

Originariamente inviato da gabi.2437

Proverò..

Domanda che mi sovviene ora.

Nel grafico le molecole vengono rappresentate con sfere e bastoncini, cosa che comprende già gli elettroni no? E allora i puntini gialli, che sono elettroni, da dove arrivano?

Ciao!
Le molecole sono rappresentate con il modello "ball & sticks", ovvero un modello che prevede di "localizzare" il legame chimico fra due centri (due elettroni per ogni legame). La rappresentazione è meramente pittorica, in quanto in realtà gli elettroni sono delocalizzati, ovvero - come è già stato detto - non è possibile pensare ad essi come delle particelle con una traiettoria definita, ma devono essere considerati come delle onde stazionarie che risuonano in una certa regione di spazio, che può essere determinata risolvendo l'equazione di Schroedinger.
L'algoritmo montecarlo prevede di risolvere l'equazione di Schroedinger generando in modo casuale (ma con dei vincoli dovuti ad alcune proprietà quantomeccaniche degli elettroni, in particolare imponendo che la funzione sia antisimmetrica e che quindi, scambiando le coordinate di due elettroni cambi segno) delle configurazioni, ovvero, dati N elettroni, assegnando ad ognuno una terna di coordinate cartesiane in modo casuale (ne assegni quindi la posizione assoluta nello spazio, che viene rappresentata dai puntini gialli). Tali configurazioni determinano appunto una distribuzione di probabilità di trovare gli elettroni in una certa zona dello spazio: l'algoritmo montecarlo ottimizza tale distribuzione in un modo più o meno complicato fino ad arrivare ad un valore molto vicino a quello esatto per l'energia del sistema ed ottenendo quindi una buona approssimazione della funzione d'onda stessa.
Non so se mi sono spiegato, se volete entro un po' più nel dettaglio

[Lucrezio]

Vedo che gli scaccolatori di QMC@home sono ancora pochi... peccato, perché il progetto è di enorme importanza nel mondo scientifico.
QMC rimane l'algoritmo più quotato nel futuro per la trattazione del problema della chimica teorica...