2020 Fiscal Year Annual Research Report
Quantum-Annealing Assisted Innovative Material Informatics Infrastructure
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19H01095
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小林 広明 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (40205480)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
撫佐 昭裕 東北大学, サイバーサイエンスセンター, 客員教授 (40639655)
阿部 圭晃 東北大学, 流体科学研究所, 助教 (40785010)
岡部 朋永 東北大学, 工学研究科, 教授 (50344164)
佐藤 雅之 東北大学, 情報科学研究科, 准教授 (50781308)
小松 一彦 東北大学, サイバーサイエンスセンター, 准教授 (50813888)
大関 真之 東北大学, 情報科学研究科, 教授 (80447549)
菊川 豪太 東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (90435644)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 高性能計算 / 量子アニーリング / クラスタリング / 分子動力学シミュレーション / 非定常圧縮性流体マクロ解析 / マテリアルインフォマティクス / 高分子材料シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
架橋高分子材料における架橋ネットワーク構造形成のシミュレーションの高速化では，分子動力学シミュレーションと連携する形で粗視化粒子スケールのシミュレーションであるDPD（散逸粒子動力学）法を実装した．また，全原子スケールと同様の反応モデルを組み込み，粗視化レベルでの硬化計算を実現した．さらに，DPDシミュレーションによって得られた構造に対し，全原子スケールの構造テンプレートを貼り付けるリバースマッピング手法を開発した．その結果，全原子シミュレーションに対してコンシステントな構造・物性予測と硬化計算の大幅な速度向上を実現した．
高次精度非構造ソルバーを用いた非定常圧縮性流体マクロ解析の大規模実行については，オープンソース（PyFR）のSX-Aurora TSUBASAにおける実装と高速化について研究開発を進めた．その結果，これまで部分的にのみベクトル化が行われていた流束計算のためカーネル（tflux/intcflux）対して，配列の初期化やループ構造の見直しにより完全なベクトル化を達成することが出来た．
分子動力学シミュレーション（Peachgk_md）の高速化については，ベクトル化阻害要因であったリストベクトルにおいて，止まり木法を用いることによってベクトル化が可能であることを明らかにし，Peachgk_mdに止まり木法を実装することによってベクトル化率を98.8％まで向上させ，その結果，演算性能が6.5倍に向上した．
アニーリングマシンと高性能計算システムの連携によるクラスタリング手法の開発では、クラスタリング条件を定義する制約項をQUBOとは別に定義するアニーリングベースのクラスタリングを量子アニーリングマシンやデジタルアニーリングマシンで行い、QUBO生成などの前処理および、データ集計の後処理などに従来の高性能計算システムを活用する手法を開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
コロナ禍で学会発表などで制約を受けることもあったが，概ね研究計画に示した項目は実施し，成果を上げていることから，順調に進展していると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き，研究目的達成に向けて、着実に研究を進めていきたいと考えている．
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[Journal Article] Molecular dynamics simulation of cross-linking processes and material properties for epoxy resins using first-principle calculation combined with global reaction route mapping algorithms2021
Author(s)
Yutaka Oya, Masahiro Nakazawa, Keiichi Shirasu, Yuki Hino, Kyosuke Inuyama, Gota Kikugawa, Jing Li, Riichi Kuwahara, Naoki Kishimoto, Hiroki Waizumi, Masaaki Nishikawa, Anthony Waas, Nobuyuki Odagiri, Andrew Koyanagi, Marco Salviato, Tomonaga Okabe
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Journal Title
Chemical Physics Letters
Volume: 762
Pages: 1-7
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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