2015 Fiscal Year Annual Research Report
第3世代密度汎関数法の展開とタンパク質ボルン-オッペンハイマー分子動力学法の研究
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15H02046
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
佐藤 文俊 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (00235392)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ハイパフォーマンス・コンピューティング / 蛋白質 / 物性理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タンパク質などの大規模分子の量子化学計算・量子分子動力学に資する「第３世代密度汎関数法アルゴリズム」を世界に先駆けて展開し、基盤技術を構築することを目的としている。
密度汎関数法に基づく電子状態計算のSCF繰り返し計算において、クーロン項・Fock交換項・交換相関項を行列演算できることが第３世代法の特長である。本年度はノード間通信を減らしたクーロン項・Fock交換項計算法の開発、ならびにデータ構造・分散保持方法の研究・開発を行った。計算精度の確保・行列要素へのアクセスの効率化・各計算ノードへのタスクの均等化・ノード間通信量の削減等の要求を満たすデータ構造を採用し、実装した。また、Fock交換項計算において、サイズ依存性の課題が残されていたが、専用のコレスキーベクトルを用いることで、サイズ依存性をクーロン項と同程度まで低減させることに成功した。グリッドフリー法に基づく交換相関エネルギー勾配の計算法の開発も着手した。グリッドフリー法専用の原子基底関数を利用することで交換相関エネルギー改善を達成したものの、まだ高精度な交換相関エネルギー勾配計算の実現には至っておらず今後の研究課題である。
量子化学計算に基づく分子動力学計算実施のため、オープンソース分子動力学計算プログラムGROMACSとの連携を検討した。GROMACSプログラムの修正を行い、連携テスト計算をおこなっている。
本研究の成果は、大規模量子化学計算プログラムProteinDFに実装し、インターネット上で公開している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
第三世代法に基づく量子化学計算プログラムProteinDFの改良・実装を行い、量子化学計算エンジンの目標は達成した。しかし、当初予定していた、タンパク質の量子化学計算・分子動力学法に精通し、C++プログラミングに卓越した研究員（ポスドク）の雇用が叶わず、外注することになった。分子動力学プログラムGROMACSのコード改変に時間を要している。
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| Strategy for Future Research Activity |
オープンソース分子動力学プログラムのGROMACSを利用する他、オリジナルの分子動力学プログラムの作成を検討し、「第３世代密度汎関数法アルゴリズム」に基づく量子分子動力学計算の基盤技術を確立する。加えて、量子分子動力学計算の計算コスト削減を図るため、機械学習アルゴリズムを利用した原子電荷の算出・評価を行う。
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| Remarks |
成果物ソース公開
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Research Products
(27 results)
