The Avogadoro Challenge

25 January 2006 (Wed), 3:00 pm - 5:00 pm

8F large seminar room, Sengen site

Professor Nobuyasu Ito (伊藤伸泰助教授)

Department of Applied Physics, University of Tokyo (東京大学工学系研究科物理工学専攻)

The Avogadoro Challenge

アボガドロチャレンジ

The aim of the computing statistical physics is to elucidate macroscopic phenomena based on nanoscopic dynamics. Now the equilibrium phases and transitions have been mostly conquered, and current targets are further complex and exotic equilibrium states and materials. Furthermore, linear nonequilibrium transport phenomena, which had been a mystery for statistical physicists for more than half a century, are finally connected with the nanoscale dynamics simulationally. For these studies, Monte Carlo simulation of lattice spin systems and particle dynamics simulation have been used. Now the Earth Simulator can analyze Ising model on 30003 cubic lattices with the speed of 26.7 T (1012) update per second, and this simulation reaches mesoscopic scale in space and time directions. Computer simulation scale has been growing ten times larger at every four years, and we are reaching Avogadoro scale simulation with future 10PFlops machines. Then redefinition of statistical physics, which had formulated regarding that the Avogadoro number is almost infinity, will bring a new realm of sciences and technologies.

計算機の大自由度処理能力を活用し、巨視的な現象をナノスケールの構成要素のふるまいに基礎付け、理解を深めることが、計算統計物理学の目標である。これまでの研究により、熱平衡状態とその近傍の線形非平衡領域でのふるまいまで到達した。物質の強相関挙動の典型である相と相転移については、基本的な現象は解明されている。そして量子相関をはじめとするさらなる問題へと研究がすすめられていることは周知であろう。一方、非平衡現象では、永らく現象論的な扱いが必要であった輸送現象が解明され、さらに非線形・非平衡構造への突破口が開かれた。 　こうした研究では、主に格子スピン系のモンテカルロシミュレーションと粒子動力学シミュレーションとを使った。前者は主に相・相転移の解析に、後者は熱伝導・電気伝導ほかの非平衡での輸送現象の解析で威力を発揮した。例えば、地球シミュレータを使うことにより一辺3000の立方格子上のイジング模型で、１秒間に26.7兆更新の処理速度を達成し、時間的にも空間的にもメソスケールの領域に到達している。またナノスケールでのカノニカルな運動と輸送現象とを直接結びつけるにはじめて成功し、特に空間の次元性と系の大きさとが鍵となることを実証した。 　計算機はこれまで、半世紀にわたって指数関数的に成長を続け、シミュレーション規模は４年で10倍程度で成長し続けてきた。ペタフロップス級の計算機が目前となった今日、この成長は今しばらく続くと期待でき、１つの計算での演算量が１モルを超える日も近い。熱統計力学理論が、アボガドロ数を「無限大」とほぼ同義とみなして扱う理論から、大きいながらも１つの数であることを踏まえた理論へと脱皮する日が近い。この転換を達成することを最終的な目的とした研究プロジェクトを提唱し、「アボガドロチャレンジ」と名付けたい。 　巨視的な現象の１つ１つを、計算機シミュレーションを通してナノスケールと結びつけることが日常的となると、計算統計物理学はさらに強力な問題解決手段として、今まで以上に広い分野への応用が広がると期待される。 　このような展望に立ち、これまでの研究とあわせてアボガドロスケール以降に拓かれるであろう物理とその応用とを議論したい。

Dr. Yoshihiko Nonomura (野々村禎彦)