2021 Fiscal Year Annual Research Report
Unification of computational statistics and measurement technology by massively parallel machine
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19H04125
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
星 健夫 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (80272384)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
望月 出海 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (30579058)
福島 孝治 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (80282606)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超並列計算 / 計算統計 / 全反射高速陽電子回折 / 低速電子回折 / 2次元物質 / ベイズ最適化 / レプリカ交換モンテカルロ法 / ポピュレーションアニーリング型モンテカルロ法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の最終目的は，超並列マシン（スーパーコンピュータ）による計算統計を理論基盤とした，先端測定技術開発である．先駆例として，新しい2次元物質構造解析実験である全反射高速陽電子回折(TRHEPD)実験を取り上げた．本年度は，以下(1)-(7)を行った;(1) 成果物ソフトウェア「2DMAT」を利用し，データ駆動型感度解析（分散・共分散行列の固有モード解析）を導入し，実験条件・実験装置由来の不確かさを陽に取り込んだ解析を提案した(論文[1])．TRHEPDのもつ表面選択性(表面付近のサブナノメートル領域の原子のみを選択的にプローブしていること)が，データ駆動科学として証明された．解析対象として，複雑多層表面構造系である新規2次元半導体Si4O5N3/6H-SiC(0001)-(√3×√3)R30°系を取り扱い，プレスリリースも行った．(2) 高速計算に向けた手法発展として，超並列モンテカルロ法であるポピュレーションアニーリング法を実装した(投稿中:https://arxiv.org/abs/2204.04484)．「富岳」を利用して，2048ノード計算までの高い並列効率(弱スケーリング効率α=0.995)が達成された．(3)(1)-(2)で使われているTRHEPDシミュレータ「sim-trhepd-rheed」を公開し，第一原理計算との連携機能など，機能強化を行なった(Comp. Phys. Commun. 印刷中;https://arxiv.org/abs/2110.09477)．(4)表面エックス線回折・低速電子線回折など，TRHEPD以外の2次元物質構造解析実験にも対応し，さらなる波及の足がかりとした．(5) 解析数理手法の発展として，ポピュレーションアニーリング法を用いたベイズ推定の方法を提案した(論文[2])。(6) 物質科学以外への波及として，「2DMAT」の応用として，ベイズ推定を用いた超並列計算の予測を提案した(論文[3])．(7)成果物ソフトウェア普及のため，講習会・研究会（オンライン）を主催した．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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