রসায়ন ও পদার্থ

ইলেকট্রন-কাঠামো

কোনো অণু বা স্ফটিকের ইলেকট্রন, কোয়ান্টাম বলবিদ্যা থেকে সমাধান করে আকার, শক্তি আর রং পাওয়া যায়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এই অণু কি স্থিতিশীল, আর এর রং কী?

বাদ দেয়: সঠিক কোয়ান্টাম বহু-ইলেকট্রন সমস্যা সমাধান করা অসম্ভব, তাই প্রতিটি পদ্ধতি কোথাও না কোথাও আনুমানিকতার ওপর ভর করে।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁵ FLOPS মোটামুটি একটি বিশ্ববিদ্যালয় ক্লাস্টার, প্রতিটি অণু বা স্ফটিকে কয়েক ঘণ্টা থেকে কয়েক দিন।শুরুর সাল: 1953 প্রথম কিছু কম্পিউটারে চালানো প্রাথমিক Hartree-Fock গণনা।

বিক্রিয়া গতিবিদ্যা

রাসায়নিক বিক্রিয়ার সময় বন্ধন ভাঙে ও গড়ে, প্রায়ই বিক্রিয়াশীল কেন্দ্রকে কোয়ান্টাম বলবিদ্যায় ও আশপাশকে প্রচলিত পদ্ধতিতে ধরা হয়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: বিক্রিয়া কোন পথ নেয়, আর কত দ্রুত?

বাদ দেয়: কোয়ান্টাম কেন্দ্র আর ক্লাসিক্যাল পরিবেশের মাঝের সীমারেখা মডেলিংয়ের বাছাই, কোনো আসল রেখা নয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁵ FLOPS মোটামুটি একটি বিশ্ববিদ্যালয় ক্লাস্টার, প্রতিটি অধ্যয়ন করা বিক্রিয়ায় কয়েক দিন।শুরুর সাল: 1976 Warshel ও Levitt-এর প্রথম যৌথ কোয়ান্টাম ও ক্লাসিক্যাল বিক্রিয়া মডেল।

গণনামূলক উপাদান বাছাই

হাজার হাজার সম্ভাব্য যৌগ স্বয়ংক্রিয়ভাবে হিসাব করা হয়, কখনো শেখা শর্টকাট দিয়ে, কাজের গুণ আছে এমনগুলো খুঁজে পেতে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এই দশ হাজার প্রার্থীর মধ্যে কোনটি আরও ভালো ব্যাটারি বা সৌর কোষ হবে?

বাদ দেয়: সহজে গণনাযোগ্য বৈশিষ্ট্য দিয়ে প্রার্থী ছাঁকা হয়, যা উপাদান বানাতে যা গুরুত্বপূর্ণ তা সবসময় নয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁶ FLOPS মোটামুটি একটি বড় ক্লাস্টার, সমান্তরালে হাজার হাজার গণনা চালাচ্ছে।শুরুর সাল: 2006 প্রার্থী উপাদান বাছাই করা প্রাথমিক হাই-থ্রুপুট গণনা।

উত্তেজিত অবস্থা ও আলোক-রসায়ন

একটি অণু ফোটন শোষণের পর, শিথিল হওয়া, পাক খাওয়া বা ভেঙে পড়ার সময় তার ভূমি অবস্থার চেয়ে ভিন্ন শক্তি-তলে গণনা করা হয়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: আলো শোষণের ঠিক পরের মুহূর্তে এই অণুটি কী করে?

বাদ দেয়: উত্তেজিত-অবস্থার পদ্ধতি ভূমি-অবস্থার চেয়ে কম নির্ভরযোগ্য, আর সবচেয়ে হালকাগুলো পুরোপুরি ভুল হতে পারে।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁵ FLOPS মোটামুটি একটি বিশ্ববিদ্যালয় ক্লাস্টার, প্রতিটি অণুতে কয়েক ঘণ্টা থেকে কয়েক দিন।শুরুর সাল: 1984 উত্তেজিত অণুর প্রাথমিক সময়-নির্ভর কোয়ান্টাম রসায়ন গণনা।

বর্ণালিবিশ্লেষণের পূর্বাভাস

একটি অণুর নিউক্লিয়াস ও ইলেকট্রন গণনা করা হয়, তার চৌম্বকীয় অনুনাদ, অবলোহিত বা অন্য বর্ণালী-রেখা কোথায় পড়বে তা অনুমানে, মাপা বর্ণালীর বিরুদ্ধে যাচাই করা হয়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এই গণনা করা বর্ণালী কি যন্ত্র আসলে যা রেকর্ড করেছে তার সঙ্গে মেলে, কাঠামো নিশ্চিত করে?

বাদ দেয়: সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ভারী পরমাণু ও আরও নমনীয় অণুর জন্য লক্ষণীয়ভাবে খারাপ হয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁴ FLOPS মোটামুটি একটি ওয়ার্কস্টেশন বা ছোট ক্লাস্টার, প্রতিটি অণুতে কয়েক ঘণ্টা।শুরুর সাল: 1974 মাপা বর্ণালীর সঙ্গে তুলনা করা প্রাথমিক গণনা করা নিউক্লীয় চৌম্বকীয় অনুনাদ সরণ।

দ্রবণায়ন মুক্ত শক্তি

একটি অণুর ইলেকট্রন আবার গণনা করা হয় যেন সেটি দ্রাবকের একটি অবিচ্ছিন্ন আসন্নকরণের ভেতরে বসে আছে, দ্রবীভূত করতে কত শক্তি লাগে বা ছাড়ে তা পেতে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এই অণু কতটা সহজে দ্রবীভূত হবে, আর দ্রাবক কি তার বিক্রিয়া বদলায়?

বাদ দেয়: দ্রাবককে একটি মসৃণ গড়-ক্ষেত্র দিয়ে প্রতিস্থাপন করে, একটি গুরুত্বপূর্ণ স্থানে একটি নির্দিষ্ট জলের অণুর সঙ্গে হাইড্রোজেন-বন্ধনের মতো নির্দিষ্ট মিথস্ক্রিয়া বাদ দেয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁴ FLOPS মোটামুটি একটি ওয়ার্কস্টেশন বা ছোট ক্লাস্টার, প্রতিটি অণুতে কয়েক মিনিট থেকে কয়েক ঘণ্টা।শুরুর সাল: 1981 কোয়ান্টাম রসায়ন গণনায় যোগ করা প্রাথমিক অবিচ্ছিন্ন দ্রাবক মডেল।

মেশিন-শেখা আন্তঃপারমাণবিক বিভব

একটি নিউরাল নেটওয়ার্ককে ইলেকট্রন-কাঠামোর শক্তিতে মেলানো হয়, তারপর সেটি প্রচলিত পদ্ধতির সমান গণনা-খরচে কোয়ান্টামের কাছাকাছি নিখুঁততায় আণবিক গতিবিদ্যা চালায়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: কয়েক ন্যানোসেকেন্ড ধরে লক্ষ লক্ষ পরমাণুর জন্য কি কোয়ান্টাম-স্তরের বল পাওয়া যায়?

বাদ দেয়: নির্ভুলতা প্রশিক্ষণ-সেটের রসায়ন ও জ্যামিতির মধ্যে সীমাবদ্ধ।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁷ FLOPS মোটামুটি হাজার হাজার কোয়ান্টাম হিসাবে প্রশিক্ষণ, তারপর বড় MDশুরুর সাল: 2007 Generalized neural-network representation of high-dimensional potential-energy surfaces (2007) সূত্রসিমুলেশন বৃক্ষে: শেখা বিকল্প মডেল

সার্বিক আন্তঃপারমাণবিক পটেনশিয়াল

একটি বিশাল উপাদান-ডেটাবেসে প্রশিক্ষিত একটি একক গ্রাফ নিউরাল নেটওয়ার্ক পর্যায় সারণির বেশির ভাগ মৌলের শক্তি ও বল অনুমান করে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি শেখা মডেল কি প্রতিটি উপাদানের জন্য আলাদা মেলানো বিভবের জায়গা নিতে পারে?

বাদ দেয়: নির্ভুলতা মৌলভেদে বদলায় এবং প্রায়ই স্থিতিশক্তি-তলকে নরম করে দেয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁷ FLOPS মোটামুটি কয়েক মিলিয়ন কাঠামোয় প্রশিক্ষণ, হালকা অনুমানশুরুর সাল: 2022 A universal graph deep learning interatomic potential for the periodic table (2022) সূত্র

কোয়ান্টাম কম্পিউটারে কোয়ান্টাম রসায়ন

একটি ভ্যারিয়েশনাল কোয়ান্টাম অ্যালগরিদম একটি আসল যন্ত্রে অণুর ইলেকট্রনীয় অবস্থা প্রস্তুত ও পরিমাপ করে, আর একটি প্রচলিত অপ্টিমাইজার সার্কিট ঠিক করে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি কোয়ান্টাম প্রসেসর কি একটি ছোট অণুর ভূমি-অবস্থার শক্তি খুঁজে পেতে পারে?

বাদ দেয়: এখন পর্যন্ত কেবল খুব ছোট অণু, আর ত্রুটির বড় অংশই গোলমাল।

যাতে চলে: কোনো কম্পিউটারে নয়। কোয়ান্টাম হার্ডওয়্যার; চিরায়ত যাচাই ছোটশুরুর সাল: 2014 A variational eigenvalue solver on a photonic quantum processor (2014) সূত্র

অ্যাব ইনিশিও আণবিক গতিবিদ্যা

সময়ের সঙ্গে চলা পরমাণু, প্রতিটি ধাপে ইলেকট্রন থেকে বল নতুন করে গণনা করা হয়, ফলে আগে থেকে ঠিক করা বল-ক্ষেত্র ছাড়াই বন্ধন ভাঙে ও গড়ে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: পরমাণুর বল সরাসরি কোয়ান্টাম বলবিদ্যা থেকে এলে সেগুলো কীভাবে চলে ও বন্ধন গড়ে?

বাদ দেয়: পিকোসেকেন্ডের জন্য কেবল কয়েক শো পরমাণু অনুসরণ করা যায়, আর ঘনত্ব-অপেক্ষক ত্রুটি প্রতিটি বলে ঢোকে।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁶ FLOPS মোটামুটি একটি বড় বরাদ্দে কয়েক শো পরমাণু, কয়েক দশ পিকোসেকেন্ডের জন্য।শুরুর সাল: 1985 Car and Parrinello's unified approach for molecular dynamics and density-functional theory. সূত্রসিমুলেশন বৃক্ষে: অ্যাব ইনিশিও আণবিক গতিবিদ্যা

পথ-সমাকলন আণবিক গতিবিদ্যা

পারমাণবিক নিউক্লিয়াসকে কোয়ান্টাম বস্তু হিসেবে ধরা হয়, প্রতিটিকে যুক্ত অনুলিপির একটি বলয় হিসেবে উপস্থাপন করে, ফলে টানেলিং ও শূন্য-বিন্দু গতি হাইড্রোজেন বন্ধন ও ব্যাপন সরিয়ে দেয়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: হাইড্রোজেনের কোয়ান্টাম প্রভাব জল ও বরফের আচরণ কতটা বদলায়?

বাদ দেয়: রিয়েল-টাইম কোয়ান্টাম আচরণ পুনরুদ্ধার হয় না, কেবল ভারসাম্য ও আসন্ন গতীয় ধর্ম।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁵ FLOPS মোটামুটি প্রতি পরমাণুর কয়েক ডজন প্রতিলিপি ক্লাসিক্যাল গতিবিদ্যার খরচ কয়েক গুণ বাড়িয়ে দেয়।শুরুর সাল: 1984 Parrinello ও Rahman-এর গলিত লবণে আটকে থাকা একটি ইলেকট্রনের পথ-সমাকলন সিমুলেশন। সূত্র

রিয়েল-টাইম ইলেকট্রন গতিবিদ্যা

কোনো অণু বা স্ফটিকের ইলেকট্রন মেঘ, আলোর স্পন্দন আঘাত করলে সময়ের সঙ্গে অনুসরণ করা হয়, শোষণ বর্ণালি আর অতিদ্রুত সাড়া বের করতে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: আলো পৌঁছানোর পর প্রথম ফেমটোসেকেন্ডে ইলেকট্রন কীভাবে সাড়া দেয়?

বাদ দেয়: আনুমানিক বিনিময়-সহসম্পর্ক ফাংশনাল কিছু উত্তেজনা ধরতে পারে না, আর আয়নগুলো সাধারণত স্থির রাখা হয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁶ FLOPS মোটামুটি বহু হাজার ধাপের একটি সময়-ধাপযুক্ত ঘনত্ব-ফাংশনাল চালনা।শুরুর সাল: 1996 Yabana ও Bertsch-এর রিয়েল টাইমে সময়-নির্ভর স্থানীয়-ঘনত্ব আসন্নকরণ। সূত্র

কোয়ান্টাম তরঙ্গ-গুচ্ছ গতিবিদ্যা

একটি ছোট অণুর নিউক্লিয়াসগুলোকে কোয়ান্টাম তরঙ্গ হিসেবে ধরা হয়, যা শক্তির তলের ওপর দিয়ে চলে, যাতে বিক্রিয়া, টানেলিং আর কম্পন নিখুঁতভাবে অনুসরণ করা যায়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি অণুর নিউক্লিয়াস কোয়ান্টাম বলবিদ্যা মানলে অণুটি কীভাবে কাঁপে ও বিক্রিয়া করে?

বাদ দেয়: পরমাণুর সংখ্যায় গণনা-খরচ তীব্রভাবে বাড়ে, তাই কেবল ছোট অণু গণনাযোগ্য।

যাতে চলে: প্রায় 10¹³ FLOPS মোটামুটি কয়েক দশ স্বাধীনতা-মাত্রার জন্য বহু-বিন্যাস প্রসারণ।শুরুর সাল: 1990 Meyer, Manthe ও Cederbaum-এর বহু-বিন্যাস সময়-নির্ভর হার্ট্রি পদ্ধতি। সূত্র

ট্রানজিশন-স্টেট ও বিক্রিয়া-পথ অনুসন্ধান

পরমাণুর দুটি বিন্যাসের মধ্যে সবচেয়ে কম শক্তির পথ, মাঝের ছবিগুলোর একটি শিকল শিথিল করে বের করা হয়, বিক্রিয়ার বাধা আর হার পেতে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: অণু বা ত্রুটি আকার বদলালে পরমাণুদের কোন বাধা পার হতে হয়?

বাদ দেয়: এটি অনুমানের কাছাকাছি থাকা পথ খুঁজে পায় এবং আসল সবচেয়ে নিচু বাধা খুঁজে না-ও পেতে পারে।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁴ FLOPS মোটামুটি প্রতিটি ছবির জন্য একটি ইলেকট্রন-কাঠামো গণনা লাগে, যা শৃঙ্খলজুড়ে পুনরাবৃত্ত।শুরুর সাল: 1998 Jonsson, Mills ও Jacobsen-এর ন্যূনতম-শক্তি পথের জন্য নাজড ইলাস্টিক ব্যান্ড পদ্ধতি। সূত্র

স্বয়ংক্রিয় বিক্রিয়া-কৌশল তৈরি

নিয়ম একটি অণুর সেট যত বিক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যেতে পারে তার সবগুলো তৈরি করে, তারপর একটি হার-মডেল তা ছেঁটে দহন বা পাইরোলাইসিসের একটি প্রক্রিয়ায় নামিয়ে আনে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: জ্বালানি পুড়লে বা ভাঙলে কোন বিক্রিয়াগুলো গুরুত্বপূর্ণ?

বাদ দেয়: হার-সহগ গোষ্ঠী-নিয়ম থেকে অনুমান করা, আর বিরল পথ কম পরীক্ষা করা।

যাতে চলে: প্রায় 10⁸ FLOPS মোটামুটি হাজার হাজার প্রজাতির ওপর নেটওয়ার্ক বৃদ্ধি, সঙ্গে কাইনেটিক রান।শুরুর সাল: 1994 Broadbelt, Stark and Klein's computer generated pyrolysis modelling with on-the-fly species and reaction generation. সূত্র

ইলেকট্রনের জন্য কোয়ান্টাম মন্টে কার্লো

এলোমেলো হাঁটাচলাকারী সরাসরি বহু-ইলেকট্রন তরঙ্গ-অপেক্ষক নমুনা করে, ঘনত্ব-অপেক্ষক আসন্নকরণ ছাড়াই অণু ও কঠিন পদার্থের প্রায় নিখুঁত শক্তি দেয়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: হালকা পদ্ধতির মাপকাঠি হিসেবে এই ইলেকট্রন ব্যবস্থার সঠিক শক্তি কত?

বাদ দেয়: তরঙ্গফাংশনের নোড স্থির করে ফার্মিয়নের চিহ্ন-সমস্যা এড়ানো হয়, ফলে উত্তর সেই আন্দাজের ওপর নির্ভর করে।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁷ FLOPS মোটামুটি একটি আণবিক স্ফটিকের জন্য কয়েক মিলিয়ন কোর-ঘণ্টা।শুরুর সাল: 1980 ইলেকট্রন গ্যাসের ভূমি অবস্থার Ceperley ও Alder-এর স্টোক্যাস্টিক গণনা। সূত্র

শেখা ঘনত্ব অপেক্ষক

একটি মেশিন-লার্নিং মডেল ইলেকট্রন ঘনত্ব থেকে শক্তিতে ম্যাপ করে, ঘনত্ব-ফাংশনাল তত্ত্বের হাতে তৈরি আসন্নকরণগুলোর জায়গা নিয়ে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি মেলানো ফাংশনাল কি রসায়নবিদরা কয়েক দশক ধরে যেসব হাতে-নকশা-করা ফাংশনাল ব্যবহার করেছেন তাদের হারাতে পারে?

বাদ দেয়: ফিট করা ফাংশনাল শুধু সেইসব অণু আর পরিস্থিতির জন্যই নির্ভরযোগ্য, যা তার প্রশিক্ষণের তথ্যে ছিল।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁶ FLOPS মোটামুটি উচ্চ-নির্ভুলতার রেফারেন্স শক্তিতে প্রশিক্ষণ, তারপর প্রচলিত কম্পিউটিং-খরচের ইলেকট্রনিক-গঠন রান।শুরুর সাল: 2012 Snyder, Rupp, Hansen, Müller ও Burke-এর একটি মডেল ব্যবস্থার জন্য মেশিনে শেখানো ঘনত্ব ফাংশনাল। সূত্র

অণুর নিউরাল-নেটওয়ার্ক তরঙ্গ-অপেক্ষক

একটি নিউরাল নেটওয়ার্ক একটি অণুর বহু-ইলেকট্রন তরঙ্গফাংশন হিসেবে ব্যবহৃত হয় এবং ভ্যারিয়েশনাল মন্টি কার্লো দিয়ে প্রশিক্ষিত হয়, প্রায় নিখুঁত শক্তিতে পৌঁছাতে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি শেখা তরঙ্গ-অপেক্ষক একটি ছোট অণুর ইলেকট্রনগুলোকে কতটা নিখুঁতভাবে বর্ণনা করতে পারে?

বাদ দেয়: ইলেকট্রনের সংখ্যায় গণনা-খরচ তীব্রভাবে বাড়ে, তাই কেবল ছোট অণুতে পৌঁছানো গেছে।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁸ FLOPS মোটামুটি একটি অণুর জন্য কয়েক দশ GPU-তে কয়েক দিন।শুরুর সাল: 2019 Pfau ও সহকর্মীদের FermiNet, বহু-ইলেকট্রন শ্রোডিঙ্গার সমীকরণের গভীর নিউরাল নেটওয়ার্ক সমাধান। সূত্র

তরল ও দ্রবণ

কয়েক মিলিয়ন মিথস্ক্রিয়াশীল অণু হিসেবে জল আর অন্য তরল, তাতে দ্রবীভূত দ্রব সহ।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: জল কেন অস্বাভাবিক ধর্ম দেখায়, আর লবণ কীভাবে দ্রবীভূত হয়?

বাদ দেয়: পরমাণুর মধ্যকার বলক্ষেত্র অল্প কয়েকটি ধর্মের সঙ্গে মিলিয়ে নেওয়া, বাকিগুলো পুনরুৎপাদন করবে তার নিশ্চয়তা নেই।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁴ FLOPS মোটামুটি একটি ডেস্কটপ GPU; প্রতি সেকেন্ডে কয়েক বিলিয়ন অণু-ধাপ।শুরুর সাল: 1964 Rahman-এর তরল আর্গনের আণবিক গতিবিদ্যা; 1971 সালে Rahman ও Stillinger-এর সঙ্গে জল অনুসরণ করা হয়

পলিমার ও নরম পদার্থ

দীর্ঘ-শৃঙ্খল অণু, জেল, ফেনা ও তরল স্ফটিক, সাধারণত গুটিতে মোটা-দানাদার করা।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি প্লাস্টিক কীভাবে প্রসারিত হয়, আর একটি জেল কীভাবে জমে?

বাদ দেয়: মোটা-দানাকরণ দ্রুত পারমাণবিক গতি ফেলে দেয়, তাই কিছু প্রক্রিয়ার সময় শুধু আসন্ন।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁴ FLOPS মোটামুটি একটি ডেস্কটপ GPU বা ছোট ক্লাস্টার, প্রতিটি ব্যবস্থায় কয়েক ঘণ্টা।শুরুর সাল: 1962 পলিমার শিকলের Verdier ও Stockmayer-এর প্রথম দিকের জালক মন্টে কার্লো মডেল।

দহন

শিখা তরল-প্রবাহ হিসেবে, শত শত রাসায়নিক বিক্রিয়ার সঙ্গে যুগ্ম।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: জ্বালানি আরও পরিষ্কারভাবে কীভাবে পোড়ানো যায়, বা ইঞ্জিনের নকিং কীভাবে থামানো যায়?

বাদ দেয়: কয়েক শো আসল বিক্রিয়াকে সরল করে সেই কয়েক ডজনে আনা হয়, যা একটি কম্পিউটার প্রতি ধাপে অনুসরণ করতে পারে।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁶ FLOPS মোটামুটি একটি বড় ক্লাস্টার, একটি পূর্ণ ইঞ্জিন চক্রের জন্য কয়েক দিন।শুরুর সাল: 1955 ল্যামিনার শিখা-সমীকরণের প্রাথমিক সংখ্যাগত সমাধান।

কলয়েড ও ন্যানোকণা সংযোজন

হাজার হাজার ন্যানোকণা বা কলয়েডের দানা চারপাশের তরলের তাপীয় ওঠানামায় চালিত, ধাক্কা খেলে লেগে যায়, সারিবদ্ধ হয় বা জোট বাঁধে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এই কণাগুলো কি নিজে নিজে সাজানো কাঠামো গড়বে, নাকি বিশৃঙ্খলভাবে জোট বাঁধবে?

বাদ দেয়: কণার পৃষ্ঠের আবরণের খুঁটিনাটি ফলকে জোরালোভাবে প্রভাবিত করে, কিন্তু সাধারণত একটিমাত্র আসঞ্জন প্যারামিটারে নামিয়ে আনা হয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹³ FLOPS মোটামুটি একটি ওয়ার্কস্টেশন বা ডেস্কটপ GPU, প্রতিটি সংযোজন-চালনায় কয়েক ঘণ্টা।শুরুর সাল: 1986 সাসপেনশনে কলয়েড কণার প্রাথমিক ব্রাউনীয় গতিবিদ্যা সিমুলেশন।

কাচ গঠন

একটি তরল সিমুলেশনে এত দ্রুত ঠান্ডা করা হয় যে স্ফটিক হওয়ার আগেই তার অণুগুলো একটি বিশৃঙ্খল কঠিন পদার্থে আটকে যায়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এই তরল কেন সাজানো স্ফটিকের বদলে বিশৃঙ্খল কাচে জমে যায়?

বাদ দেয়: সিমুলেটেড শীতলীকরণ সবসময় আসল কাচ যত ঠান্ডা করা হয়েছে তার চেয়ে বহু মাত্রার ক্রমে দ্রুত।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁴ FLOPS মোটামুটি একটি ডেস্কটপ GPU বা ছোট ক্লাস্টার, প্রতিটি চালনায় কয়েক ঘণ্টা থেকে কয়েক দিন।শুরুর সাল: 1976 কাচে ঠান্ডা করা তরলের প্রাথমিক আণবিক গতিবিদ্যা সিমুলেশন।

গলিত লবণ ও আয়নিক তরল

নিরপেক্ষ অণু নয়, আয়ন, কোনো দ্রাবক ছাড়াই একটি তরলে প্রবল কুলম্ব বলে মিথস্ক্রিয়া করে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এই তরল কতটা ভালো আধান পরিবহন করে, আর এর আয়ন কীভাবে চলে?

বাদ দেয়: আয়নের মধ্যকার প্রবল স্থির-তড়িৎ বল নিরপেক্ষ অণুর বলের চেয়ে বলক্ষেত্রে ধরা কঠিন, আর প্রায়ই কেবল আনুমানিকভাবে ধরা হয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁴ FLOPS মোটামুটি একটি ডেস্কটপ GPU বা ছোট ক্লাস্টার, প্রতিটি তরল নিয়ে গবেষণায় কয়েক ঘণ্টা।শুরুর সাল: 1983 একটি গলিত লবণের প্রাথমিক আণবিক গতিবিদ্যা সিমুলেশন।

বিক্রিয়াশীল বল-ক্ষেত্র গতিবিদ্যা

বন্ধন-ক্রম বিভব দিয়ে আণবিক গতিবিদ্যা, যাতে সিমুলেশন চলার সময় বন্ধন তৈরি ও ভাঙতে পারে, কোয়ান্টাম পদ্ধতির চেয়ে অনেক কম খরচে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: ন্যানোসেকেন্ডে হাজার হাজার পরমাণুতে বন্ধন কীভাবে ভাঙে ও গড়ে?

বাদ দেয়: প্যারামিটার প্রতিটি রসায়নের জন্য মেলানো হয়, আর ইলেকট্রনকে সরাসরি ধরা হয় না।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁶ FLOPS মোটামুটি কয়েক মিলিয়ন পরমাণু, ন্যানোসেকেন্ডের জন্যশুরুর সাল: 2001 ReaxFF: a reactive force field for hydrocarbons (2001) সূত্র

মেটাডাইনামিক্স ও উন্নত নমুনায়ন

ইতিহাস-নির্ভর ঝোঁকসহ আণবিক গতিবিদ্যা, যা ব্যবস্থাকে স্থানীয় নিম্নবিন্দু থেকে ঠেলে বের করে বিরল ঘটনা ও মুক্ত-শক্তির তল মানচিত্রে আঁকে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: অবস্থাগুলোর মধ্যকার বাধা কতটা উঁচু, যা সাধারণ গতিবিদ্যা কখনো পার হয় না?

বাদ দেয়: ফল নির্ভর করে ভালো সম্মিলিত চলক বাছার ওপর।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁷ FLOPS মোটামুটি কয়েকটি বেছে নেওয়া চলকে অনেক ঝোঁকানো গতিপথশুরুর সাল: 2002 Escaping free-energy minima (2002) সূত্র

শেখা ভারসাম্য-নমুনাকারী

একটি জেনারেটিভ নেটওয়ার্ককে প্রশিক্ষণ দেওয়া হয় বোল্টজম্যান বণ্টন থেকে স্বাধীন আণবিক বিন্যাস আঁকতে, দীর্ঘ গতিপথ এড়িয়ে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি অণুর বিরল অবস্থা কি অপেক্ষা না করে সরাসরি নমুনা করা যায়?

বাদ দেয়: গতিশীল আচরণ ও কাইনেটিক্স হারিয়ে যায়, আর বড় ব্যবস্থার জন্য প্রশিক্ষণ কঠিন।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁶ FLOPS মোটামুটি প্রশিক্ষণ আর পুনঃওজন নির্ধারণশুরুর সাল: 2018 Boltzmann Generators: sampling equilibrium states of many-body systems with deep learning (2018) সূত্র

গতিশীল মন্টে কার্লো

পরমাণু একটি পৃষ্ঠে বা স্ফটিকে লাফায়, তাদের হারের নির্ধারিত সম্ভাবনায় এলোমেলোভাবে বাছা, ফলে কয়েক সেকেন্ড বা ঘণ্টা লাগা প্রক্রিয়াও ধরা যায়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: পরমাণুর লাফের মধ্যবর্তী দীর্ঘ সময়ে একটি তল বা স্ফটিক কীভাবে বদলায়?

বাদ দেয়: প্রতিটি সম্ভাব্য ঘটনা ও তার হার আগে থেকে তালিকাভুক্ত করতে হয়, তাই বিস্ময়কর কার্যপ্রণালী বাদ পড়ে।

যাতে চলে: প্রায় 10¹¹ FLOPS মোটামুটি কয়েক মিলিয়ন ঘটনা, হার আগে থেকে মৌলিক সূত্র থেকে গণনা করা।শুরুর সাল: 1975 আইজিং স্পিন ব্যবস্থার জন্য Bortz, Kalos ও Lebowitz-এর ঘটনা-চালিত মন্টি কার্লো অ্যালগরিদম। সূত্র

মোটা-দানার আণবিক গতিবিদ্যা

কয়েকটি পরমাণুর দলকে একটি করে গুটিতে মিলিয়ে নেওয়া হয়, যাতে ঝিল্লি, পলিমার ও নিজে থেকে জোড়া লাগা লিপিডকে বড় বাক্সে মাইক্রোসেকেন্ড ধরে অনুসরণ করা যায়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: বড় আণবিক সমাবেশ মাইক্রোসেকেন্ডের মধ্যে কীভাবে গড়ে ওঠে?

বাদ দেয়: পরমাণু মেলালে হাইড্রোজেন-বন্ধনের অভিমুখীতার মতো খুঁটিনাটি বাদ পড়ে, আর সময় কঠোরভাবে ভৌত নয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁶ FLOPS মোটামুটি মাইক্রোসেকেন্ড ধরে কয়েক মিলিয়ন গুটি।শুরুর সাল: 2007 Marrink ও সহকর্মীদের জৈব-অণু সিমুলেশনের জন্য মোটা-দানাদার বল ক্ষেত্র। সূত্র

ডিসিপেটিভ কণা-গতিবিদ্যা

নরম পুঁতি তরলের দলার প্রতিনিধিত্ব করে; ঘর্ষণ আর এলোমেলো ধাক্কার মধ্য দিয়ে তারা মিথস্ক্রিয়া করে, ফলে পলিমার আর কলয়েডের বড় মাপে সঠিক হাইড্রোডাইনামিক্স পাওয়া যায়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: পলিমার ও সারফ্যাকট্যান্ট তরল মেসোস্কেলে কীভাবে প্রবাহিত ও স্বসংগঠিত হয়?

বাদ দেয়: নরম পটেনশিয়াল সংশোধন না করলে শিকলগুলোকে অভৌতভাবে একটি অন্যটিকে পেরিয়ে যেতে দেয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁴ FLOPS মোটামুটি দীর্ঘ সময় ধরে কয়েক মিলিয়ন গুটি।শুরুর সাল: 1992 Hoogerbrugge ও Koelman-এর অপচয়ী কণা গতিবিদ্যা দিয়ে অতিক্ষুদ্র মাপের তরলগতীয় ঘটনার সিমুলেশন। সূত্র

উন্নত-নমুনায়ন মুক্ত-শক্তি পদ্ধতি

উঁচু বাধা পার হতে ঠেলে দেওয়া সিমুলেশন, যেমন ইতিহাস-নির্ভর ঝোঁক যোগ করা, যাতে বিরল ঘটনা ও মুক্ত-শক্তির ভূদৃশ্য গণনা করা যায়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: নিউক্লিয়েশন বা বন্ধনের মতো বিরল পরিবর্তনের মুক্ত-শক্তি খরচ কত?

বাদ দেয়: উত্তর নির্ভর করে সম্মিলিত চলকের বাছাইয়ের ওপর, আর একটি বাদ পড়লে ভুল ভূদৃশ্য আসে।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁶ FLOPS মোটামুটি বেছে নেওয়া চলকের দিকে ঝোঁকানো দীর্ঘ রান।শুরুর সাল: 2002 Laio ও Parrinello-র মেটাডাইনামিক্স দিয়ে মুক্ত-শক্তির নিম্নবিন্দু থেকে বেরোনো। সূত্র

ছিদ্রযুক্ত উপাদানে অধিশোষণ

একটি ছিদ্রযুক্ত কঠিন বস্তুর মডেলে গ্যাস-অণু এলোমেলোভাবে ঢোকানো ও সরানো হয়, একটি জিওলাইট বা কাঠামো-উপাদান কতটা অধিশোষণ করবে তা অনুমান করতে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি সছিদ্র পদার্থ নির্দিষ্ট চাপে কতটা গ্যাস ধরে রাখে?

বাদ দেয়: অনমনীয়-কাঠামো ও স্থির-আধান আসন্নকরণ নমনীয় পদার্থ ভুল বিচার করে।

যাতে চলে: প্রায় 10¹³ FLOPS মোটামুটি প্রতি অবস্থা-বিন্দুতে কয়েক মিলিয়ন সন্নিবেশ, হাজার হাজার কাঠামো।শুরুর সাল: 1975 একটি লেনার্ড-জোনস তরলের জন্য Adams-এর গ্র্যান্ড ক্যানোনিকাল এনসেম্বল মন্টি কার্লো। সূত্র

পলিমার স্ব-সামঞ্জস্য ক্ষেত্র তত্ত্ব

শৃঙ্খলের জায়গায় একটি ঘনত্ব-ক্ষেত্র, যা নিজের গড় টান অনুভব করে, তাই আলাদা শৃঙ্খল অনুসরণ না করেই ব্লক কোপলিমার ও মিশ্রণের সুশৃঙ্খল বিন্যাস সমাধান করা যায়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি ব্লক কোপলিমার নিজে নিজে কোন নকশায় সাজবে?

বাদ দেয়: গড়-ক্ষেত্র তত্ত্ব ওঠানামা উপেক্ষা করে, যা দশা-সীমার কাছে গুরুত্বপূর্ণ।

যাতে চলে: প্রায় 10¹² FLOPS মোটামুটি ত্রিমাত্রিক গ্রিডে ব্যাপন সমীকরণ সমাধান করা।শুরুর সাল: 1965 বর্জিত-আয়তনসহ পলিমারের Edwards-এর পরিসংখ্যানগত বলবিদ্যা। সূত্র

পলিমারের জন্য শৃঙ্খল-বৃদ্ধির মন্টি কার্লো

ওজনসহ একটি একটি বন্ধন যোগ করে বানানো দীর্ঘ আণবিক শৃঙ্খল, যাতে তাদের আকার, এনট্রপি ও বর্জিত-আয়তন আচরণ মাপা যায়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি লম্বা নমনীয় শৃঙ্খল কত বড়, আর কেন তা নিজেকে ছেদ করে না?

বাদ দেয়: শিকলের দৈর্ঘ্যের সঙ্গে ওজন অসমভাবে বাড়ে, তাই খুব লম্বা শিকলের জন্য পুনর্নমুনার কৌশল লাগে।

যাতে চলে: প্রায় 10⁹ FLOPS মোটামুটি কয়েক মিলিয়ন শৃঙ্খল, গতিবিদ্যার চেয়ে অনেক সস্তা।শুরুর সাল: 1955 Rosenbluth ও Rosenbluth-এর আণবিক শৃঙ্খলের গড় প্রসারণের মন্টে কার্লো গণনা। সূত্র

চুম্বকত্ব ও দশা-রূপান্তর

জালকের ওপর স্পিনগুলো এলোমেলোভাবে উল্টে যায়: ক্লাসিক আইসিং মডেল আর তার উত্তরসূরিরা, যা দিয়ে জানা হয় ক্রান্তিক তাপমাত্রায় শৃঙ্খলা কীভাবে দেখা দেয়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি চুম্বক ঠিক একটি তাপমাত্রায় কেন তার চুম্বকত্ব হারায়?

বাদ দেয়: একটি আসল চুম্বকের আকার ও অশুদ্ধির খুঁটিনাটি থাকে, যা আদর্শায়িত ল্যাটিস নকশার কারণেই বাদ পড়ে যায়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹² FLOPS মোটামুটি একটি ল্যাপটপ; প্রতি সেকেন্ডে কয়েক বিলিয়ন স্পিন-উল্টানো।শুরুর সাল: 1953 Metropolis গ্রহণ-বর্জনের মন্টে কার্লো পদ্ধতি, যা পরে স্পিন মডেলের মানক হাতিয়ার হয়; 1953 সালের গবেষণাপত্রে নিজে শক্ত চাকতির সিমুলেশন করা হয়েছিল সূত্রসিমুলেশন বৃক্ষে: মেট্রোপলিস অ্যালগরিদম

ইন্টারঅ্যাকটিভ মডেলটি চালান

ফাটল ও ত্রুটি

একটি ফাটলের ডগার পরমাণু, এবং সেই ত্রুটি যা ধাতুকে ভেঙে চুরমার না হয়ে বাঁকতে দেয়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এই পদার্থ কেন বাঁকার বদলে ফাটে?

বাদ দেয়: মাত্র কয়েকটি পরমাণু চওড়া একটি ফাটলের ডগাকে তবু একটি পুরো বিমজুড়ে চলা ফাটলের প্রতিনিধিত্ব করতে হয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁴ FLOPS মোটামুটি একটি ডেস্কটপ GPU বা ছোট ক্লাস্টার, প্রতিটি ফাটল-চালনায় কয়েক ঘণ্টা।শুরুর সাল: 1976 একটি ফাটলের ডগার Ashurst ও Hoover-এর প্রাথমিক আণবিক গতিবিদ্যা সিমুলেশন।

ক্ষুদ্র-গঠন

ধাতু জমাট বাঁধার বা তাপ-প্রক্রিয়ার সময় স্ফটিক-দানা তৈরি ও বড় হয়, প্রায়ই দশা-ক্ষেত্র পদ্ধতিতে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: কোন তাপ-প্রক্রিয়া সবচেয়ে শক্ত সংকর ধাতু দেয়?

বাদ দেয়: দানার সীমানাকে মসৃণ গাণিতিক তল ধরা হয়, বাস্তবে যেমন এলোমেলো ত্রুটি থাকে তেমন নয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁴ FLOPS মোটামুটি একটি ওয়ার্কস্টেশন বা ছোট ক্লাস্টার, প্রতিটি জমাট-বাঁধা সংকর ধাতুতে কয়েক ঘণ্টা।শুরুর সাল: 1991 একটি ক্রমবর্ধমান ক্ষুদ্রকাঠামোর Chen ও Khachaturyan-এর প্রাথমিক দশা-ক্ষেত্র মডেল।

দানাদার পদার্থ

বালি, দানা, গুঁড়া ও বড়ি কয়েক মিলিয়ন আলাদা কণা হিসেবে যারা সংঘর্ষ করে ও আটকে যায়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: সাইলো কেন জট পাকায়, আর ধস কীভাবে শুরু হয়?

বাদ দেয়: আসল দানা অমসৃণ ও অনিয়মিত; সিমুলেটেড দানা প্রায় সবসময় আদর্শায়িত গোলক।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁴ FLOPS মোটামুটি একটি ডেস্কটপ GPU বা ছোট ক্লাস্টার, একসঙ্গে লক্ষ লক্ষ দানা।শুরুর সাল: 1979 দানাদার কণার প্রথম বিচ্ছিন্ন-উপাদান মডেল, Cundall ও Strack-এর।

ইন্টারঅ্যাকটিভ মডেলটি চালান

স্থানচ্যুতির গতিবিদ্যা

একটি স্ফটিকের জালিকার ভেতর দিয়ে চলা রেখা-ত্রুটি, তারা সরে, বাড়ে ও জট পাকায় এবং স্থায়ী বাঁক বা প্রসারণ তৈরি করে, তা অনুসরণ করা হয়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এই ধাতু কেন ভেঙে না গিয়ে বাঁকে, আর সত্যিই কতটা শক্ত?

বাদ দেয়: ডিসলোকেশনকে নিখুঁত স্ফটিকের পরিষ্কার রেখা ধরা হয়, অথচ আসল ধাতু আরও নানা ত্রুটিতে ভরা, যেগুলোর সঙ্গে তারা মিথস্ক্রিয়া করে।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁴ FLOPS মোটামুটি একটি ওয়ার্কস্টেশন বা ছোট ক্লাস্টার, প্রতিটি চালনায় কয়েক ঘণ্টা থেকে কয়েক দিন।শুরুর সাল: 1990 স্ফটিক প্লাস্টিসিটির প্রাথমিক বিচ্ছিন্ন স্থানচ্যুতি-গতিবিদ্যা সিমুলেশন।

পাতলা স্তরের বৃদ্ধি

পরমাণু একটি একটি করে পৃষ্ঠে পৌঁছায় ও আটকে যায়, লাফায় বা একে অপরকে চাপা দেয়, যখন একটি পাতলা স্তর স্তরে স্তরে গড়ে ওঠে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এই স্তর কি মসৃণ হবে, নাকি অমসৃণ আর ত্রুটিতে ভরা?

বাদ দেয়: আসল জমা-কক্ষে দূষণ ও অসম প্রবাহ থাকে, যা পরমাণুর আদর্শায়িত প্রবাহে নেই।

যাতে চলে: প্রায় 10¹³ FLOPS মোটামুটি একটি ওয়ার্কস্টেশন; প্রতিটি সিমুলেটেড পাতলা স্তরে কয়েক ঘণ্টা।শুরুর সাল: 1966 বর্ধনশীল পৃষ্ঠে পরমাণু আসার প্রাথমিক কাইনেটিক মন্টি কার্লো মডেল।

পদার্থে বিকিরণ-ক্ষতির ক্যাসকেড

একটি দ্রুত পরমাণু স্ফটিকে ধাক্কা খায়, প্রতিবেশীদের সরিয়ে দেয় ও শূন্যস্থান রেখে যায়, তা অনুসরণ করা হয়; বিকিরণ-আক্রান্ত ধাতু কীভাবে ক্ষয় হয় তা অনুমান করতে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি একক আঘাত একটি স্ফটিক থেকে কয়টি পরমাণু ছিটকে ফেলে?

বাদ দেয়: ত্রুটি তারপর কয়েক বছর ধরে বিবর্তিত হয়, ক্যাসকেডের বহু পরে, আর ফাঁক পূরণে অন্য পদ্ধতি লাগে।

যাতে চলে: প্রায় 10¹³ FLOPS মোটামুটি কয়েক মিলিয়ন পরমাণু কয়েক দশ পিকোসেকেন্ডের জন্য, অনেক আঘাত-অভিমুখে পুনরাবৃত্তি করে।শুরুর সাল: 1960 Gibson, Goland, Milgram and Vineyard's dynamics of radiation damage in a copper lattice. সূত্র

সংকর ধাতুর ক্লাস্টার প্রসারণ

একটি সংকর ধাতুর শক্তি পাশাপাশি পরমাণুর ছোট গুচ্ছের যোগফল হিসেবে লেখা হয়, যাতে মন্টে কার্লো দিয়ে সজ্জাক্রম আর দশা-চিত্র নমুনা করা যায়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি সংকর ধাতু পরমাণুর কোন বিন্যাস পছন্দ করে, আর কখন সুশৃঙ্খল বিন্যাসে আসে?

বাদ দেয়: প্রসারণ একটি নির্দিষ্ট জালকে বাঁধা, তাই কম্পন আর চৌম্বক অবদান বাদ পড়তে পারে।

যাতে চলে: প্রায় 10¹² FLOPS মোটামুটি কয়েক শো মৌলিক-সূত্র শক্তি, তারপর সস্তা জালিকা মন্টে কার্লো।শুরুর সাল: 1984 Sanchez, Ducastelle ও Gratias-এর বহু-উপাদান ব্যবস্থার সাধারণীকৃত গুচ্ছ বর্ণনা। সূত্র

স্ফটিক প্লাস্টিসিটির সসীম-উপাদান মডেলিং

ধাতুর দানা নির্দিষ্ট স্ফটিক-তলে পিছলে বিকৃত হয়, নিজ নিজ অভিমুখসহ, শক্তি, টেক্সচার ও আকার-দেওয়ার আচরণের পূর্বাভাস দিতে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: স্ফটিকের অভিমুখ কীভাবে ঠিক করে দেয় একটি ধাতু কীভাবে বাঁকে ও শক্ত হয়?

বাদ দেয়: শক্ত হওয়ার সূত্র পরীক্ষা থেকে ফিট করা, আর আলাদা আলাদা ডিসলোকেশনের কোনো স্মৃতি তাতে নেই।

যাতে চলে: প্রায় 10¹² FLOPS মোটামুটি হাজার হাজার দানার সসীম-উপাদান মডেল।শুরুর সাল: 1982 Peirce, Asaro ও Needleman-এর নমনীয় একক স্ফটিকে অসম ও স্থানীয় বিকৃতির বিশ্লেষণ। সূত্র

ক্ষুদ্র-চুম্বকীয় সিমুলেশন

চুম্বকের ভেতরে চুম্বকায়নের দিক, ঘরে ঘরে ভাগ করা, বিনিময়, অ্যানিসোট্রপি আর বিক্ষিপ্ত ক্ষেত্রসহ, যাতে ডোমেন কীভাবে তৈরি হয় আর উল্টে যায় তা অনুসরণ করা যায়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি ন্যানোচুম্বকের চুম্বকায়ন কীভাবে উল্টে যায়?

বাদ দেয়: তাপমাত্রা মোটা দাগে ধরা হয়, আর বিনিময় দৈর্ঘ্যের চেয়ে বড় কোষে খুঁটিনাটি হারিয়ে যায়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹² FLOPS মোটামুটি লক্ষ লক্ষ কক্ষসহ সসীম-পার্থক্য চালনা।শুরুর সাল: 1988 Schabes ও Bertram-এর লৌহচৌম্বক ঘনকে চুম্বকায়ন প্রক্রিয়ার ত্রিমাত্রিক ক্ষুদ্র-চুম্বকীয় গবেষণা। সূত্র

জৈব অর্ধপরিবাহীতে আধান পরিবহন

বিশৃঙ্খল অণুর মধ্যে ইলেকট্রন বা হোল লাফিয়ে চলে, প্লাস্টিক ইলেকট্রনিক্সে সচলতা অনুমান করতে এলোমেলো হাঁটা দিয়ে সিমুলেট করা।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি বিশৃঙ্খল জৈব পদার্থে আধান কত দ্রুত চলে?

বাদ দেয়: লাফের হার ধরে নেওয়া রূপ, আর আকৃতিবিন্যাস আদর্শায়িত।

যাতে চলে: প্রায় 10¹¹ FLOPS মোটামুটি বড় জালিকায় মন্টে কার্লো লাফ।শুরুর সাল: 1993 Bassler's Monte Carlo simulation of charge transport in disordered organic photoconductors. সূত্র

জালিকা তাপ-পরিবাহিতা গণনা

জালিকার কম্পনে বাহিত তাপ, তার বিক্ষেপণ-হার মৌলিক সূত্র থেকে নিয়ে, যাতে কোনো ফিটিং ছাড়াই একটি স্ফটিকের তাপ-পরিবাহিতা অনুমান করা যায়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: শুধু পরমাণু থেকে একটি স্ফটিক কতটা ভালোভাবে তাপ বহন করে?

বাদ দেয়: অনহার্মোনিক আর বিশৃঙ্খল পদার্থের ক্ষেত্রে বাড়তি হিসাব লাগে।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁵ FLOPS মোটামুটি একটি সুপারসেলে হাজার হাজার বল-হিসাব।শুরুর সাল: 2007 Broido, Malorny, Birner, Mingo and Stewart's intrinsic lattice thermal conductivity of semiconductors from first principles. সূত্র

ব্যাপন-সীমিত সংযুক্তি

কণা এলোমেলোভাবে ঘুরে বেড়ায় যতক্ষণ না একটি বেড়ে ওঠা গুচ্ছে আটকে যায়, তৈরি করে শাখাযুক্ত ফ্র্যাক্টাল, যেমন ডেনড্রাইট ও খনিজ জমা।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এলোমেলো-হাঁটা কণা কেন শাখাযুক্ত ফ্র্যাকটাল গুচ্ছ বানায়?

বাদ দেয়: এটি কেবল একটি আদর্শায়িত বৃদ্ধি-নিয়ম মডেল করে, পৃষ্ঠ-শক্তি বা রসায়ন ছাড়া।

যাতে চলে: প্রায় 10⁸ FLOPS মোটামুটি জালিকায় কয়েক মিলিয়ন হাঁটাচলাকারী।শুরুর সাল: 1981 Witten ও Sander-এর ব্যাপন-সীমিত জোট বাঁধা (ডিফিউশন-লিমিটেড অ্যাগ্রিগেশন), একটি গতিবিদ্যাগত ক্রান্তিক ঘটনা। সূত্র

স্ফটিকের জেনারেটিভ মডেল

জানা স্ফটিকের ওপর প্রশিক্ষিত একটি ডিফিউশন বা ভ্যারিয়েশনাল মডেল নতুন পর্যায়বৃত্ত কাঠামোর প্রস্তাব করে, যেগুলো পরে কোয়ান্টাম-বলবিদ্যার গণনায় যাচাই ও শিথিল করা হয়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি মডেল কি জানা উপাদান বাছাইয়ের বদলে স্থিতিশীল নতুন উপাদানের স্বপ্ন দেখতে পারে?

বাদ দেয়: প্রস্তাবিত বেশিরভাগ কাঠামো অস্থির বা বানানো অসম্ভব, আর মডেলটি জানে না সেগুলোর কোনোটি কীভাবে সংশ্লেষণ করতে হয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁸ FLOPS মোটামুটি কয়েক সপ্তাহের GPU প্রশিক্ষণ, তারপর ইলেকট্রনিক-গঠন যাচাইয়ের একটি পাইপলাইন।শুরুর সাল: 2021 Xie ও সহকর্মীদের পর্যায়ক্রমিক পদার্থ তৈরির জন্য স্ফটিক-ব্যাপন ভ্যারিয়েশনাল অটোএনকোডার। সূত্র

অনুঘটন

একটি বিক্রিয়াশীল অণু একটি অনুঘটকের পৃষ্ঠে আটকে যায়, বিক্রিয়ার জন্য প্রয়োজনীয় শক্তি কমানোর পথ খুঁজতে ধাপে ধাপে গণনা করা হয়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: কোন পৃষ্ঠ, আর তার ওপর পরমাণুর কোন বিন্যাস, এই বিক্রিয়াকে সবচেয়ে বেশি দ্রুত করে?

বাদ দেয়: আসল অনুঘটকে ত্রুটি, বিষ ও বার্ধক্য থাকে, যা একটি পরিষ্কার, নিখুঁত মডেল-তলকে কখনো সামলাতে হয় না।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁵ FLOPS মোটামুটি একটি বিশ্ববিদ্যালয় ক্লাস্টার, প্রতিটি প্রার্থী অনুঘটক পৃষ্ঠে কয়েক দিন।শুরুর সাল: 1995 একটি অনুঘটক-পৃষ্ঠজুড়ে বিক্রিয়া-পথ মানচিত্রিত করা প্রাথমিক কোয়ান্টাম গণনা।

ব্যাটারি ও তড়িৎ-রাসায়নিক কোষ মডেলিং

একটি পূর্ণ ব্যাটারি বা জ্বালানি কোষ, তার ইলেকট্রোড, তড়িৎ-বিশ্লেষ্য ও ইন্টারফেস, বহু চক্র ধরে আধান, নিরাধান ও গরম হওয়া জুড়ে একসঙ্গে মডেল করা।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এই কোষ ক্ষয় হওয়ার আগে কত চক্র টিকবে, আর কতটা গরম হবে?

বাদ দেয়: কয়েক বছরের আসল ব্যবহারে ক্ষয় এখনো বেশির ভাগ সংক্ষিপ্ত ত্বরান্বিত পরীক্ষা থেকে বহির্গণনা করা, সরাসরি সিমুলেট করা নয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁴ FLOPS মোটামুটি একটি ওয়ার্কস্টেশন বা ছোট ক্লাস্টার, প্রতিটি সিমুলেটেড সাইক্লিং পরীক্ষায় কয়েক ঘণ্টা।শুরুর সাল: 1975 একটি ব্যাটারি ইলেকট্রোডের আধান ও নিরাধানের প্রাথমিক গাণিতিক মডেল।

ক্ষয়

একটি ধাতব পৃষ্ঠ পরিবেশের সঙ্গে তড়িৎ-রাসায়নিক বিক্রিয়ায় পরমাণু হারায়, গর্ত হওয়া, পাতলা হওয়া বা সুরক্ষা-স্তর গড়ে ওঠা অনুসরণ করা হয়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এই ধাতু ক্ষয় হয়ে ফুটো হওয়ার আগে কতদিন টিকবে?

বাদ দেয়: আসল ক্ষয় স্থানীয় দূষণ, তলের আঁচড় ও বিপথগামী প্রবাহের ওপর প্রবলভাবে নির্ভর করে, যা আদর্শ মডেল বাদ দেয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹³ FLOPS মোটামুটি একটি ওয়ার্কস্টেশন; প্রতিটি ক্ষয়-দৃশ্যকল্পে কয়েক ঘণ্টা।শুরুর সাল: 1970 গর্ত হওয়া ও তড়িৎ-রাসায়নিক ক্ষয়ের প্রাথমিক কম্পিউটার মডেল।

স্ফটিকীভবন

অতিসম্পৃক্ত দ্রবণে অণু বা আয়ন একে অপরকে খুঁজে নেয় ও বেড়ে ওঠা স্ফটিক-জালিকায় আটকে যায়, একটি যৌগ কীভাবে স্ফটিকিত হবে তার পূর্বাভাসে ব্যবহৃত।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এই প্রক্রিয়া আসলে কোন আকার আর মাপের স্ফটিক তৈরি করবে?

বাদ দেয়: নিউক্লিয়েশন, অর্থাৎ একেবারে প্রথম গুচ্ছ তৈরি হওয়া, এমন মাপ ও গতিতে ঘটে যা এখনো সরাসরি পর্যবেক্ষণ বা পুরোপুরি গণনা করার পক্ষে খুব দ্রুত।

যাতে চলে: প্রায় 10¹³ FLOPS মোটামুটি একটি ওয়ার্কস্টেশন বা ছোট ক্লাস্টার, প্রতিটি সিমুলেটেড ব্যাচে কয়েক ঘণ্টা।শুরুর সাল: 1988 অতিসম্পৃক্ত দ্রবণ থেকে কেন্দ্রক-গঠন ও বৃদ্ধির প্রাথমিক গণনা করা মডেল।

রাসায়নিক চুল্লি প্রকৌশল

একটি শিল্প পাত্রের ভেতরে তরল প্রবাহ, মেশানো, তাপ ও শত শত বিক্রিয়া-ধাপ একসঙ্গে মডেল করা, কতটা পণ্য বেরোবে তা অনুমান করতে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: এই চুল্লির নকশা কি পরিষ্কার, নিরাপদ বিক্রিয়ার জন্য যথেষ্ট দ্রুত মেশাবে আর ঠান্ডা করবে?

বাদ দেয়: ছোট পরীক্ষামূলক রিঅ্যাক্টর থেকে পূর্ণ শিল্প-মাপে বড় করলেও এমনভাবে নির্ভুলতা হারায়, যা প্রকৌশলীরা অভিজ্ঞতা দিয়ে শোধরান।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁵ FLOPS মোটামুটি একটি বিশ্ববিদ্যালয় বা শিল্প ক্লাস্টার, প্রতিটি অধ্যয়ন করা নকশায় কয়েক দিন।শুরুর সাল: 1970 একটি শিল্প রাসায়নিক চুল্লির প্রাথমিক গণনামূলক তরলগতিবিদ্যা মডেল।

পলিমারকরণ গতিবিদ্যা

ছোট অণুগুলো এক ধাপে একটি বিক্রিয়া করে করে লম্বা শিকলে জুড়ে যায়; কত লম্বা হবে আর শেষে কতটা সমান হবে, তা অনুমান করতে সেগুলোর হিসাব রাখা হয়।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: পলিমার শৃঙ্খল কত লম্বা হবে, আর তাতে কতটা তারতম্য থাকবে?

বাদ দেয়: যে পার্শ্ব-বিক্রিয়া শৃঙ্খলকে শাখা করে বা আগে থামিয়ে দেয়, তা সাধারণত কয়েকটি গড় হারে সরল করা হয়।

যাতে চলে: প্রায় 10¹² FLOPS মোটামুটি একটি ল্যাপটপ; একটি পূর্ণ ব্যাচ সিমুলেশনে কয়েক মিনিট লাগে।শুরুর সাল: 1968 একটি শৃঙ্খল-বৃদ্ধি পলিমারায়নের প্রাথমিক গণনা করা গতি-মডেল।

জ্বালানি-কোষের ঝিল্লি ও পরিবহন মডেলিং

জ্বালানি কোষের পর্দা আর ইলেকট্রোডের ভেতর দিয়ে জল, প্রোটন আর গ্যাস চলে, কার্যক্ষমতা আর কখন শুকিয়ে যাবে বা জলে ভরে যাবে তা অনুমান করতে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: জ্বালানি কোষের ঝিল্লিতে জল ও আধান কীভাবে চলে?

বাদ দেয়: ঝিল্লি-পরিবহন ফিট-করা সূত্রের ওপর নির্ভর করে, আর ছিদ্রের ভেতরে তরল জল মডেল করা কঠিন।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁰ FLOPS মোটামুটি দ্বি- বা ত্রিমাত্রিক কোষ মডেল, ওয়ার্কস্টেশনে হালকা।শুরুর সাল: 1991 Springer, Zawodzinski ও Gottesfeld-এর পলিমার ইলেকট্রোলাইট জ্বালানি কোষ মডেল। সূত্র

ছিদ্র-নেটওয়ার্ক মডেলিং

একটি ছিদ্রযুক্ত শিলা বা ইলেকট্রোডকে ছিদ্র ও ছিদ্র-সংযোগকারী সরু পথের একটি নেটওয়ার্কে নামিয়ে আনা হয়, যার ভেতর দিয়ে তরল ধাপে ধাপে ঢোকে, প্রবাহ ও কৈশিক আচরণ অনুমান করতে।

যে প্রশ্নের উত্তর দেয়: একটি সছিদ্র পদার্থে তরল কীভাবে ভরে ও চলে?

বাদ দেয়: আসল ছিদ্রের আকার নল ও গোলকে সরল করা।

যাতে চলে: প্রায় 10¹⁰ FLOPS মোটামুটি কয়েক মিলিয়ন পর্যন্ত ছিদ্রের নেটওয়ার্ক, সরাসরি প্রবাহের তুলনায় সস্তা।শুরুর সাল: 1956 Fatt's network model of porous media. সূত্র