Das Projekt QMC@HOME

Alles über daß Projekt:

Wir leben...
... in einer Welt voller Moleküle: Moleküle sind die Bausteine unserer Körper und Reaktionen zwischen Molekülen sind die essentiellen Phänomene hinter allen Lebensprozessen. Wir atmen, essen und benutzen Moleküle jeden Tag.

Auf der Grundlage dieser Tatsache ...
... wird die große Bedeutung des Wissens über molekulare Strukturen und die Nützlichkeit der genauen Vorhersage molekularer Reaktivität offensichtlich.

Die Quantentheorie
- beschreibt die Strukturen und die Reaktivität aller Moleküle, aber die Gleichungen der Quantentheorie werden unlößbar komplex mit zunehmender Systemgröße. Exakte, analytische Lösungen sind nur für die kleinsten Systeme möglich, für annähernd alle chemisch, biologisch oder medizinisch interessanten Moleküe sind solche Lösungen nicht bekannt.

Die Quantenchemie
- ist die Wissenschaft, in der geschickte Näherungen zur Quantentheorie verwendet werden, um trotzdem an molekulare Informationen mit hoher Genauigkeit zu gelangen. Nichtsdestotrotz werden für die Lösung selbst der genäherten quantenchemischen Gleichungen große Rechenzeitkapazitäten benötigt.

Quanten Monte Carlo (QMC)
- ist eine sehr vielversprechende Methode, die bisher wenig Anwendung in der Quanten Chemie gefunden hat. Einer der größten Vorteile der QMC Methode ist die Möglichkeit massiv paralleler Rechnungen, ein Vorteil, der ausgenutzt werden kann, um den Horizont der berechenbaren Systeme aufzuweiten, indem die notwendige Rechenarbeit über hunderte, oder sogar tausende von Prozessoren verteilt wird.

Quantum Monte Carlo At Home (QMC@HOME)
- ist ein Projekt, dass der Weiterentwicklung der Quanten Monte Carlo Methode hin zur allgemeinen Verwendbarkeit in der Quantenchemie dienen soll. Mit der Hilfe von Freiwilligen auf der ganzen Welt wollen wir die Rechenzeit aufbringen, die benötigt wird, um die Möglichkeiten des vielversprechenden, neuen Ansatzes der Quanten Monte Carlo Methode zu testen und weiter zu entwickeln.

Wissenschaft

Wieso ist das wichtig?

Das Vermögen, molekulare Strukturen und Reaktivität genau vorherzusagen, ist von großer Wichtigkeit für Chemie, Biologie und Medizin. Die Quantenchemie ist die Wissenschaft, über die man zu theoretischem Verständnis dieser Phänomene gelangen kann. Eine sehr vielversprechende neue Methode der Quantenchemie ist Quanten Monte Carlo (QMC). Unser Projekt Quantum Monte Carlo At Home (QMC@HOME) dient der Weiterentwicklung dieser Methode, hin zur allgemeinen Verwendbarkeit in der Quantenchemie, um Struktur und Reaktivität von für Chemie, Biologie und Medizin wichtigen Molekülen vorherzusagen.

Was ist die Quantentheorie?

Die Quantentheorie ist in der ersten Hälfte des 20sten Jahrhunderts von Planck, Einstein, Bohr, Schrödinger, Born, Heisenberg, Pauli, Dirac und anderen entwickelt worden. Sie ersetzte die Newton'sche Mechanik und die klassische Theorie des Elektromagnetismus, da sie Beobachtungen auf atomarem und subatomaren Niveau erklären konnte, die den klassischen Theorien zuwider liefen.
Mehr können Sie aus der Wikipedia erfahren: Quantentheorie

Was ist Quantenchemie?

Basierend auf dem theoretischen Fundament der Quantentheorie versucht die Quantenchemie Vorhersagen über alles zu treffen, was von Bedeutung für die Chemie ist. Die Gleichungen der Quantentheorie sind unlösbar komplex für die meisten Systeme mit Bedeutung in der Chemie, deshalb muss auf geschickte Näherungen zurück gegriffen werden, um eine ausreichende Genauigkeit erzielen zu können. Aber auch mit diesen Näherungen benötigt die Berechnung quantenchemischer Probleme große Rechenzeitkapazitäten. Die einzige quantenchemische Methode, die für massiv parallele Rechnungen geeignet ist, ist die Quanten Monte Carlo (QMC) Methode, aber bis heute ist nur wenig bekannt über die Leistungsfähigkeit dieser Methode für chemisch relevante Probleme. In unserem Projekt wollen wir die Möglichkeiten von QMC für quantenchemische Rechnungen testen und weiterentwickeln.
Mehr können Sie aus der Wikipedia erfahren: Quantenchemie

Was ist Quanten Monte Carlo?

Grundlegend für die Quantenchemie ist die sogenannte 'Schrödinger-Gleichung'. Die meisten hochentwickelten Quantenchemie-Methoden versuchen diese Gleichung durch geschickte Näherungen zu lösen. Die am weitesten verbreitete Quanten Monte Carlo (QMC) Methode ist das Fixed Node Diffusion Monte Carlo (FNDMC), eine stochastische Methode zur direkten numerischen Lösung der Schrödinger Gleichung. Im FNDMC wird die Schrödinger-Gleichung auf einen Diffusions-Prozess abgebildet, der (innerhalb von durch die Knoten einer Testfunktion definierten Volumenelementen) über eine Monte-Carlo-Simulation exakt gelöst werden kann. Da Monte-Carlo-Simulationen auf der Nutzung von Zufallszahlen basieren (deshalb ihr Name), mögen wir die Vorstellung, vom Würfelspiel mit den Molekülen. Das Programm, das wir für unsere FNDMC-Rechnungen benutzen, heißt Amolqc und ist ein von Arne Lüchow et al. entwickeltes QMC-Programm.
Mehr können Sie aus der Wikipedia erfahren:
Schrödinger-Gleichung, Monte-Carlo-Simulation
Mehr über Amolqc: Lüchow Gruppe

Wieso QMC@HOME?

Quanten Monte Carlo (QMC) ist eine großartige Möglichkeit für die Quantenchemie. Aber die QMC-Methode erfordert weitere umfangreiche Tests und fortgesetzte Entwicklungsarbeit. Um die dafür notwendigen Rechenzeitkapazitäten aufzubringen, haben wir uns entschlossen, mit Hilfe der BOINC Public Resource Computing Middleware unser Quanten Monte Carlo At Home (QMC@HOME) Projekt ins Leben zu rufen. Unterstützt von Freiwilligen auf der ganzen Welt wollen wir die Rechenpower aufbringen, die für das Testen und die weitere Entwickelung der QMC-Methode hin zur allgemeinen Anwendbarkeit in der Quantenchemie notwendig ist.
Mehr können Sie aus der Wikipedia erfahren:
BOINC, Public Resource Computing
Mehr über BOINC: BOINC Homepage

1. Client-Software runterladen
Unser Programm ist erprobt für Windows 2000, Windows XP und verschiedene Linux-Distributionen.
(Wir haben Teilnehmer, die erfolgreich 98, 98SE, Millenium und 2003 nutzen.)
(Minimal-Anforderungen: 100 MB Hauptspeicher, 30 MB Plattenplatz, 1000+ Mhz empfohlen.)
(Für Grafik unter Windows wird DirectX 9.0c oder höher benötigt.)
(Für Grafik unter Linux wird GL, GLU, GLUT und TRUETYPE benötigt.)
Bitte benutzen Sie einen Major-Version-5-Client (5.XX.YY).
Hier geht es zur Download-Seite

2. Client-Software installieren
Der Windows-Installer wird Sie durch die Installation leiten.
Direkt nach der Installation werden Sie angehalten, ein Benutzer-Konto einzurichten.
Hier finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung

3. Benutzer-Konto erstellen
Sie werden nach den folgenden Informationen gefragt werden:
Projekt-Addresse: qah.uni-muenster.de
E-Mail-Addresse: Ihre gültige E-Mail-Addresse
Passwort: Wählen Sie ein Passwort
Hier finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung

Bildschirmschoner

Neben dem aufregenden Gefühl,
... dass Sie direkt an einem der vielversprechendsten Forschungsvorhaben teilnehmen, können Sie ungeheuer viel Spass mit unserem Bildschirmschoner haben.

Der Bildschirmschoner
... zeigt das Molekül, dessen Energie genau in diesem Moment auf Ihrem Computer berechnet wird. Sie können das Molekül rotieren, rein- und raus-zoomen; Sie bekommen weitere Informationen über das Molekül und wieso es wichtig für unsere Forschung ist.

Ein Schnappschuss:

1 Eine selbstrotierende, interaktive Grafik des Moleküls.

2 Der Name des Moleküls und warum wir an ihm interessiert sind.

3 Legende der Atomtypen in der Grafik.

4 News, Tips, Infos und mehr ...

5 Für jeden Simulationsschritt wird die errechnete Energie angezeigt.

6 Account- und Workunit-Daten.

Mehr ...

Informationen über das Projekt werden angezeigt, wenn 'H' gedrückt wird.