エクサスケール科学の探究：核融合エネルギー、X線自由電子レーザー、量子色力学

2019年5月28日

10 ^ 18フロップスのハードウェアは非常に魅力的ですが、科学ライターのスコットギブソンによるエクサスケールコンピューティングプロジェクトの一連の記事は、本当に素晴らしくて重要なことはそれらすべての（1と0の）ゼロを使ってできる、ということを私たちにもう一度思い出させてくれることだ。

コラボレーションと統合の強みを活かして、エクサスケール・コンピューティング・プロジェクト（ECP）は、有能で持続可能なエクサスケール・コンピューティング・エコシステムを提供している。優れた機能を有する今後のスーパーコンピュータによって、科学者がエネルギー、医学、そして材料のための新しい技術を開発することを可能にし、この宇宙のすべてについての基本的な質問をなげかけるまでに進化するだろう。以下の話では、少数のECPプロジェクトリーダーが、エクサスケールコンピューティングに今後期待する可能性について述べている。

予測シミュレーションは核融合炉のための最良の設計を示す可能性がある

核融合エネルギーはいつの日か変革的なエネルギー源になる可能性がある。なぜなら、それはきれいで安く、そして無限に近く、海水がその基本燃料の供給源となるからである。装置全体のコンピュータモデルは、核融合装置内で進行するプラズマプロセスについての解析、次の段階の実験設備の性能および最適化に関する予測を提供することができるのだ。

ECPのWDMAppプロジェクトのAmitava Bhattacharjeeは、エクサスケール・コンピューティングによって可能になった予測シミュレーションが核融合炉にとって最適な設計を示す可能性があると述べている。

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X線自由電子レーザー施設のための潜在的革命

SLAC国立加速器研究所のリニアックコヒーレント光源（LCLS）のような自由電子X線レーザー施設は、超高速パルスを生成し、そこから科学者は物理、化学、生物学の研究のために動く原子や分子のストップアクション写真を撮影する。例えば、LCLSは生理学的条件下でこれまでにない原子詳細で生物学的構造を再構築することができるようになるだろう。

ECPのExaFELプロジェクトのAmedeao Perazzoは、LCLSユーザーは、現在のトップスーパーコンピュータであるペタスケールマシンが可能としていることよりも高い解像度と非常に深い科学的解析力を、エクサスケール・コンピューティングによって得ることができると述べた。彼はまた、エクサスケールが情報提供のための画像再構成率を数週間ではなく数分で劇的に高めるだろうとも述べた。

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宇宙のビルディングブロック研究の高精度化

量子色力学（QCD）は、強い核力、クォークとグルオンの間の相互作用で、陽子と中性子を原子核にまとめるという現代の理論である。これが宇宙のほぼすべての目に見える物質の構造を形作る力である。クォークの質量の計算は、ラティスQCDと呼ばれる手法によって可能になった成果の1つだ。

ECPのLatticeQCDプロジェクトのAndreas Kronfeldは、ニュートリノ物理学実験から生じる現象を正確に明らかにし、素粒子および核物理学における発見の定量的側面と定性的側面の間に存在していた優れたクロストークを維持するために、エクサスケールコンピューティングは不可欠だと述べた。

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