Schnelle Rechner für viele Teilchen

In der aktuellen Liste der Top 500 Supercomputer liegt er auf Platz 13: der Jugene – Blue Gene/P Solution-Superrechner, den das Forschungszentrum Jülich betreibt.

825 Billionen Rechenoperationen kann er pro Sekunde verarbeiten; 144 Terabyte groß ist sein Arbeitsspeicher, in seinem Herz schlagen 294.912 PowerPC 450-Prozessoren im Takt von 850 Megahertz. Unter anderem auf diesem Rechner kann der Würzburger Physiker Professor Fakher Assaad in den nächsten Monaten seiner Forschung nachgehen.

Das John-von-Neumann-Institut für Computing hat seinem Forschungsprojekt die Auszeichnung „John von Neumann Exzellenzprojekt 2012“ verliehen; damit verbunden ist jede Menge Rechenzeit an den Jülicher Supercomputern. Assaads Projekt sei wegen seiner „ausgezeichneten Vorarbeiten, der hohen Bedeutung der zu erwartenden Erkenntnisse und der Qualität der eingesetzten Methoden“ ausgewählt worden, heißt es in einer Pressemitteilung des Instituts.

Fakher Assaads Forschung: Vielteilchensysteme

Assaad und seine Mitarbeiter untersuchen Materialien, deren Eigenschaften durch hochgradige Koppelung vieler Elektronen untereinander bestimmt sind. Von „Vielteilchensystemen“ sprechen die Physiker in solchen Fällen. „Solche Systeme verhalten sich völlig anders als die einfache Summe der einzelnen Teilchen. Die daraus entstehende Komplexität bringt eine große Vielfalt an Phänomenen mit sich“, sagt Assaad. „Vielteilchen“: das können übrigens leicht mal 1023 sein.

Bei so vielen Teilchen, die auch noch untereinander in Verbindung stehen, ist es klar, dass sich deren Verhalten nur mit höchst komplexen numerischen Simulationen nachstellen lässt. Enorm schnelle Rechner übernehmen somit eine zentrale Rolle, wenn es darum geht, die zugrunde liegenden kollektiven Phänomene zu erforschen. Assaad und sein Team wollen mit der Rechenleistung, die ihnen auf den Jülicher Supercomputern zur Verfügung steht, insbesondere Materialien mit sogenanntem „Quantenmagnetismus“ untersuchen. Bei ihnen ist das quantenphysikalische Wechselspiel der Elektronen von zentraler Bedeutung für die magnetischen Eigenschaften.

Die Forschung an solchen „korrelierten Elektronensystemen“ ist nicht nur Gegenstand der Grundlagenforschung. „Die starke Reaktion solcher Materialien auf äußere Störungen wie Temperaturunterschiede oder Magnetfelder verspricht eine Vielzahl von technischen Anwendungen in der Zukunft“, sagt Assaad. Verbesserte Algorithmen und die ständig steigende Leistung moderner Supercomputer in den vergangenen Jahrzehnten bieten den Physikern die Chance, die fundamentalen Prozesse in diesen Elektronensystemen immer besser zu verstehen.

„Die Rechenzeit, die wir im Rahmen des John-von-Neumann-Exzellenzprojekts 2012 zur Verfügung gestellt bekommen, ermöglicht es uns unter anderem, unser Verständnis auf dem Gebiet des Quantenmagnetismus und des Zusammenspiels der Spin-Bahn-Wechselwirkung mit elektronischen Korrelationen voranzutreiben“, sagt Assaad.

Das John-von-Neumann-Institut für Computing

Das John-von-Neumann-Institut für Computing (NIC) ist eine gemeinschaftliche Gründung des Forschungszentrums Jülich und der Stiftung Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY. Seine Aufgabe ist es, die supercomputergestützte naturwissenschaftlich-technische Forschung und Entwicklung zu fördern. Seine Mitarbeiter vergeben nach intensiver Prüfung Rechenzeit auf Supercomputern für Projekte der Wissenschaft, Forschung und Industrie. Die Höchstleistungsrechner mit der erforderlichen informationstechnischen Infrastruktur werden am Standort Jülich vom Jülich Supercomputing Centre und bei DESY vom Zentrum für Paralleles Rechnen in Zeuthen betrieben.

Kontakt
Prof. Dr. Fakher Assaad, T: (0931) 31-83652, assaad@physik.uni-wuerzburg.de