神戸大学計算科学セミナー(2011年度)

  • 神戸大学大学院システム情報学研究科計算科学専攻で不定期に開催されているセミナーです.
  • 次回の開催日は未定です.

第12回神戸大学計算科学セミナー

日時: 2012年3月5日(月) 17時〜18時

場所: 神戸大学システム情報学研究科棟 5階セミナー室(S514)

講演者: 藤井 雅史(広島大学 理学研究科 数理分子生命理学専攻)

演題: 「分子混み合いを考慮した細胞内反応系の理論的考察」

概要:
 自然界に存在する様々な生命の活動は,細胞というミクロな空間内の様々な分子と,その相互作用の連鎖として実現される遺伝子発現,代謝、シグナル伝達によって支えられている.これまでこのような生化学過程は,質量作用の法則やミカエルス・メンテン型の反応則を基に議論されてきた.しかし1990年代後半から,細胞内にはシグナル分子等の小さな分子から,細胞骨格,核や小胞といった細胞内小器官まで,様々なスケールの構造が存在し,細胞内はそれらで非常に混んでいるとの推測がされている[1].そして近年,この混み合いが酵素過程や構造形成に対し、従来のin vitroで得られた知見では説明し得ない様々な影響を及ぼすとの実験結果が報告されている[2].
 そこで我々は,1分子を1個あるいは数個の粒子で表現した,粗視化分子モデルを用いたシミュレーションを行い,分子の混み合いが細胞膜上のシグナル伝達や小胞内の酵素反応過程に及ぼす影響を考察する.このような粗視化モデルは,電子伝達などの速い過程の情報は失われるものの,分子の移動や変形といった生化学反応で最も重要とされている過程とその連鎖を, 細胞レベルの時空間スケールで議論することが可能である.
 今回は細胞膜上の一部分で起こるシグナル伝達過程や,小さな小胞内での酵素反応に対する研究で得られた最近の成果を報告する.また1細胞内の反応系を考慮した粗視化細胞モデルの構成を視野に入れ,現段階の課題とともに議論する.
[1] A. P. Minton, G. C. Colclasure, and J. C. Parker, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 10504 (1992).
[2] K. Aoki, M. Yamada, K. Kunida, S. Yasuda, and M. Matsuda, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108, 12675 (2011).

第11回神戸大学計算科学セミナー

日時: 2012年2月14日(火) 16時〜17時

場所: 神戸大学システム情報学研究科棟 5階セミナー室(S514)

講演者: Markus Düttmann (Fritz Haber Institute of the Max Planck Society, Germany)

演題: Modeling Proteins as Elastic Networks

概要:
Long scale conformational motions in proteins are usually too slow to be followed by all-atom molecular dynamic simulations. Simple physical modeling in terms of stochastic automata, oscillators, or Brownian ratchets, however, lack the resolution to understand important conformational aspects of macromolecules. A middle way is provided by coarse-grained descriptions based on elastic-network models. Although stripped of all chemical details, this approach has been successfully used to describe conformational motions of proteins. In this approximation, e.g. the strain-sensor effect of myosin or ligand-induced conformational changes in the G-actin monomer can be explained.

第10回神戸大学計算科学セミナー

日時: 2012年1月30日(月) 10時40分〜12時

場所: 神戸大学自然科学総合研究棟1号館701演習室

講演者: Weichung Wang (台湾国立大学)

演題: Solving Linear Systems by Multifrontal Methods on Hybrid CPU-GPU System

講演の内容は,ガウスの消去法による連立1次方程式を疎行列向けに最適化し,CPU と GPU のハイブリッド環境で実装するというものです.

第9回神戸大学計算科学セミナー

日時: 2012年1月24日(火) 15時〜16時

場所: 神戸大学システム情報学研究科棟 5階会議室(S511)

講演者: 藤井 宏之(東北大学 工学研究科 ナノメカニクス専攻)

演題: 「金属ガラス溶融体におけるダイナミクスの普遍性」

概要:
 金属系は結晶化を避けながら液体状態から冷却すると,過冷却液体を経てガラス状態へと至る.この現象はガラス転移現象と呼ばれ,過冷却液体状態のダイナミクスは液体のものとは異なり,多段階緩和や緩和時間の対数的増大が観測されている.この遅いダイナミクスのメカニズムに関しては長い間活発に議論されているが,十分な理解は未だ得られていない.これを解明するためには,ダイナミクスの普遍性を考察し,そこから時空スケールを評価することが重要であると考えられる.よって本研究では,金属ガラス溶融体 Cu60Ti40-xZrx に対する分子動力学法による計算機実験を行い,異なる組成比 x 間におけるダイナミクスの普遍性を考察する.

第8回神戸大学計算科学セミナー

日時: 2011年10月17日(月) 13時30分〜15時

場所: 神戸大学統合研究拠点(ポートアイランド) 2階セミナー室

講演者: 星 健夫(鳥取大学、JST-CREST(Postpeta))

演題: 「超大規模電子状態計算にみる、計算科学と計算機科学の融合」

概要:
 我々の取り組んでいる超大規模電子状態計算を例にとり、計算科学と計算機科学の融合の観点から、現状と将来展望を述べる。
 筆者は超大規模電子状態計算コード「ELSES」[1]を中心として、基礎的数理理論構築・コード開発・応用研究(一部産学連携)・解析ツール開発にとりくんでいる。[2] 中核的手法は、クリロフ部分空間理論を数理的基盤としたオーダーN物理シミュレーターであり、第一原理計算に基づくモデル化(TB型)量子理論を用いている。
 本講演では、手法の数理的基礎や物質科学応用研究例を簡単に触れたのち、計算科学と計算機科学の融合として、以下の点を主に論じる。
(1)物理と数理の接点としての「物理計算エンジン」;「数値解析(例:固有値解析)+物理量計算」(の繰り返し)を一体ととらえた「物理計算エンジン」を対象に、物理量ごとに最適なアルゴリズムを構築する。例えば、電子状態計算に現れる一般化固有値問題を、一般化シフト型線形方程式に帰着させ、クリロフ部分空間解法で解くこと。
(2)計算の自動最適性;計算機の多様性(パソコンからスパコンまで)、計算対象の多様性(無数にある物質・計算条件)、ユーザーの多様性(専門家・非専門家、大学研究者・企業研究者、など)、の無数の組み合わせに対して、それぞれに最適化計算を自動的に実現する。例えば、理論予測と過去の実計算データからの学習を併用した予測・学習併用型自動チューニング技術。
[1] http://www.elses.jp. [2] 最近の論文や発表として, T. Hoshi et al., J. Phys; CS215, 012118 (2010); H. Teng, et al., Phys. Rev. B 83, 165103 (2011); T. Hoshi et al., Psi-K Conf. Berlin (2010); ISTCP-VII, Waseda (2011); 星, 日本応用数理学会(2011), S. Nishino, et al, SSI18, Warsaw (2011); ISE62, Niigata (2011); 西野他, 日本物理学会(2011秋); 電池討論会(2011); 川居他, 日本物理学会(2011年秋).

第7回神戸大学計算科学セミナー

日時: 2011年9月9日(金) 13時30分〜16時

場所: 神戸大学統合研究拠点(ポートアイランド) 2階セミナー室

13:30-14:20
Chao-Ping Hsu (Institute of Chemistry, Academia Sinica, Taiwan)
“Theories and applications for electronic coupling in electronic transfer and excitation energy transfer”
(Abstract)
The transport of charges and excitation energy are two processes of fundamental importance in diverse areas of research. Characterizations of electron transfer (ET) and excitation energy transfer rates are essential for a full understanding of many biological systems and opto-electronic devices. The electronic coupling factor is an off-diagonal Hamiltonian matrix element between the initial and final diabatic states in the transport processes. ET coupling is essentially the interaction of the two molecular orbitals (MOs) where the electron occupancy is changed. Singlet energy transfer (SET) contains a Forster dipole-dipole coupling term as its most important constituent. Triplet energy transfer (TET) involves an exchange of two electrons of different spin and energy; thus, it is like an overlap interaction of two pairs of MOs. In the past, we have developed or improved the strategies for calculating ET, SET, and TET couplings.
In the presentation, I plan to report (1) the theory and development in the characterization of SET coupling with application examples. The fragment excitation difference (FED) is developed to calculate SET coupling, which yields the overall coupling under the Hamiltonian employed, including the through-bond, exchange and orbital overlap effects. With FED and a precise account of the Coulomb coupling, the exchange and overlap effects on SET can be studied. And, (2) our recent progresses in the charge transport properties in tris(8-hydroxyquinolinato)aluminum(III) (AlQ3). With intermolecular configurations derived from crystal structures, we found that most of the commonly seen con?gurations with π -π interaction are further stabilized with CH-π interactions involving other ligands on AlQ3. The CH-π interaction drives the structure of the AlQ3 pair towards a large lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) overlap, and a small overlap in the highest occupied molecular orbital (HOMO), accounting for the preference in electron transport. This result provides an insight for the charge transport properties for AlQ3 from the structural perspectives, which is important for designing new materials with desirable charge transfer property.

14:20-15:10
Edward F. Valeev (Virginia Tech, USA)
“Quantum Chemistry Beyond Atomic Orbitals and Slater Determinants”

15:10-16:00
Poul Jorgensen (Aarhus University, Denmark)
“The divide-expand-consolidate (DEC) coupled cluster method. A linear-scaling approach with energy-based error control”

第6回神戸大学計算科学セミナー

日時: 2011年8月30日(火) 14時30分〜16時30分

場所: 神戸大学統合研究拠点(ポートアイランド) 2階セミナー室

14:30-15:30
Jurgen Gauss (Johannes Gutenberg-Universitat Mainz)
“Cost-effective treatment of relativistic effects in quantum-chemical calculations”

15:30-16:30
Jozef Noga (Comenius University)
“Alternative exact and robust orbital optimization scheme in quantum chemistry suitable for linear scaling algorithms”

第5回神戸大学計算科学セミナー

日時: 2011年7月14日(木) 15時10分〜16時10分

場所: 神戸大学システム情報学研究科棟 5階セミナー室(S514)

講演者: 今倉 暁(筑波大学計算科学研究センター)

演題: 「非対称線形方程式に対するGMRES(m)法のリスタートおよびLook-Back戦略に基づく改良法について」

概要:
GMRES法およびリスタート付きGMRES法, GMRES(m)法,は非対称線形方程式に対する有効な数値解法として多くの応用分野で実用化されている.GMRES(m)法のアルゴリズムは「反復計算部分」と「リスタート部分」から成り,これまでにその反復計算部分に着目した様々な改良法が提案されている. これに対し近年我々は,GMERS(m)法のリスタート部分に着目し「過去」の残差多項式を逐次再構築するLook-Back戦略に基づく改良法を提案した. 本発表では,Look-Back戦略に基づく改良法の基本的アイディアを紹介し, その有効性を数値実験を通して検証する.


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Last-modified: 2012-03-14 (水) 13:04:55 (2018d)