Abstrait

Utilisation des ordinateurs en physique

Stanley R

La physique informatique, en tant que branche de la science informatique, est essentielle aux efforts scientifiques d'aujourd'hui. C'est un domaine dans lequel les superordinateurs sont utilisés pour effectuer des calculs basés sur des lois physiques établies et pour simuler des conditions difficiles à réaliser avec la technologie existante, ou qui ne peuvent être réalisées que par des expériences, ou dans lesquelles de grandes quantités de données expérimentales doivent être traitées. Les différents domaines d'étude ont des exigences différentes en matière de ressources informatiques, mais les applications de physique informatique en général nécessitent une puissance d'exécution en virgule flottante et une bande passante mémoire extrêmement élevées, de sorte que ces calculs ne peuvent être effectués que dans des clusters raisonnablement grands. La physique informatique est l'étude et la mise en œuvre de l'analyse numérique pour résoudre des problèmes de physique pour lesquels une théorie quantitative existe déjà. Historiquement, la physique informatique a été la principale application des ordinateurs récents en science, et constitue désormais un sous-ensemble de la science informatique. Elle est parfois considérée comme une sous-discipline (ou une ramification) de la physique théorique, mais d'autres la considèrent comme une branche intermédiaire entre la physique théorique et la physique expérimentale, un domaine d'étude qui complète à la fois la théorie et l'expérience [1]. Les problèmes de physique informatique sont notoirement difficiles à résoudre avec précision. Cela est dû à une variété de facteurs (mathématiques), notamment l'absence de résolution algébrique et/ou analytique, la complexité et le chaos. Même des problèmes apparemment simples, comme le calcul de la fonction d'onde d'un électron en orbite autour d'un atome dans un champ fort (effet Stark), peuvent nécessiter un effort considérable pour formuler un algorithme pratique (si on peut en trouver un) ; d'autres techniques plus grossières ou de force brute, telles que les méthodes graphiques ou la recherche de racines, peuvent également être nécessaires [2]. À l'extrémité la plus avancée du spectre, la théorie mathématique des perturbations est parfois utilisée. De plus, le coût et la complexité des calculs pour les problèmes à plusieurs corps (et leurs homologues classiques) ont tendance à croître rapidement. Un système macroscopique présente généralement une taille de l'ordre des particules constitutives, ce qui constitue un peu un frein. La résolution des problèmes de mécanique quantique est généralement d'ordre exponentiel dans la taille du système et pour les N-corps classiques, elle est d'ordre N-carré. Enfin, de nombreux systèmes physiques sont intrinsèquement non linéaires au mieux et au pire chaotiques : cela suggère qu'il est souvent difficile de s'assurer que les erreurs numériques ne se multiplient pas au point de rendre la « solution » inutile. En raison de la vaste classe de problèmes que traite la physique computationnelle, elle constitue un élément important de la recherche récente dans plusieurs domaines de la physique, à savoir : la physique des accélérateurs, l'astrophysique, l'hydraulique (dynamique des fluides computationnelle), la théorie des champs sur réseau/théorie de jauge sur réseau (en particulier la chromodynamique quantique sur réseau), la physique (voir la modélisation du plasma), la simulation de systèmes physiques (en utilisant par exemple la dynamique moléculaire), l'ingénierie des codes informatiques,La physique computationnelle des solides, par exemple, utilise la théorie de la fonctionnelle de la densité pour calculer les propriétés des solides, une méthode presque similaire à celle employée par les chimistes pour examiner les molécules [3]. D'autres quantités d'intérêt en physique des solides, comme la structure de bande électronique, les propriétés magnétiques et les densités de charge sont souvent calculées par cette méthode et un certain nombre d'autres, y compris la méthode Luttinger-Kohn/kp et les méthodes ab-initio. Pour chaque sujet majeur de la physique, comme la mécanique computationnelle et l'électrodynamique computationnelle, une branche computationnelle correspondante peut être trouvée. La mécanique computationnelle comprend la dynamique des fluides computationnelle (CFD), la mécanique des solides (Computational Solid Mechanics) et la mécanique de contact computationnelle (Computational Contact Mechanics). La magnétohydrodynamique computationnelle est un domaine à l'intersection de la CFD et de la modélisation électromagnétique. La question de la physique quantique à plusieurs corps conduit naturellement à la chimie computationnelle, un domaine vaste et en pleine expansion [4]. Le logiciel VASP est basé sur la théorie du premier principe et calcule en utilisant l'approche des ondes planes pseudopotentielles. Il est largement utilisé dans le calcul pour la physique du solide, la science des matériaux et la physique des particules, entre autres domaines. Il est également utilisé en astronomie, en géophysique et dans d'autres domaines, ce qui en fait l'une des applications scientifiques les plus essentielles. Pendant de nombreuses années, Inspur a entrepris des recherches théoriques et algorithmiques approfondies sur VASP, obtenant des informations précieuses.et d'autres domaines également, ce qui en fait l'une des applications scientifiques les plus essentielles. Depuis de nombreuses années, Inspur mène des recherches théoriques et algorithmiques approfondies sur le VASP, acquérant ainsi des connaissances précieuses.et d'autres domaines également, ce qui en fait l'une des applications scientifiques les plus essentielles. Depuis de nombreuses années, Inspur mène des recherches théoriques et algorithmiques approfondies sur le VASP, acquérant ainsi des connaissances précieuses.