Суперкомпьютерное моделирование и методы ИИ в актуальных задачах физики и сложных систем

Основным направлением проекта является разработка методов, алгоритмов и программного обеспечения и проведение на их основе фундаментальных исследований в области физики сложных систем с использованием суперкомпьютерного моделирования и применения методов искусственного интеллекта и развития квантовых вычислений. Проект преследует достижение нескольких целей, объединённых общей целью разработки и использования современных методов моделирования сложных математических и физических систем на основе обработки больших объемов данных, методов машинного обучения и методов квантовых технологий. Более конкретно цели могут быть сформулированы следующим образом: Разработка параллельного метода моделирования, основанного на отжиге популяции, и его применение для исследования фрустрированных систем. Разработка метода исследования конфигураций, полученных указанным методом, методами машинного обучения для исследования особенностей поведения фрустрированных систем при низких энергиях. Разработка и применение математических инструментов статистической физики, основанных на статистической теории поля, для аналитического и численного описания термодинамических и транспортных свойств ионно-молекулярных жидкостей и растворов. Исследование особенностей солюбилизации биоактивных соединений обратными мицеллами воды на основании фундаментальных представлений о межмолекулярных взаимодействиях в сложных многокомпонентных системах методом молекулярно-динамического моделирования. Исследование аналитических соотношений между геометрическими свойствами и квантовыми состояниями, а также изучение особенностей проектирования квантовых гейтов. Основные задачи на 2025 год: 1. Разработка программного обеспечения полномасштабного моделирования систем с конкурирующим взаимодействием с использованием метод отжига популяции с использованием гибридной архитектуры CUDA/MPI; 2. Разработка программного обеспечения для описания структурных и динамических свойств четырехкомпонентных и пятикомпонентных систем методами полноатомного молекулярно-динамического моделирования; 3. Найти аналитическое соотношение между сцепленностью и геометрическим квантовым дискордом многочастичного квантового состояния; 4. Разработать математическую конструкцию и программную реализацию сверхпроводникового кутрита на основе джозефсоновской ячейки, состоящей из трансмонного кубита, соединенного дополнительными конденсаторами и индуктивными катушками с волноводной линией. Основные задачи на 2026 год: 1. Проведение исследования взаимного влияния агентов, разделенных на два сообщества, методом математического моделирования с использованием теории среднего поля и математической теории игр. 2. Разработка теории самосогласованного поля для описания транспортных свойств растворов электролитов (диффузия, электропроводность и вязкость), основанную на принципах неравновесной статистической физики и теории квазистационарных флуктуаций и проведение исследований; 3. Исследовать релаксацию и хаотическую динамику гибридных цепей с электро-дипольной и магнито-дипольной связью элементов, задачи о неравновесной накачке и хаотической динамике кубита. Основные задачи на 2027 год: 1. Исследование систем со сложным энергетическим ландшафтом с использованием разработанного ранее программного обеспечения полномасштабного моделирования систем с конкурирующим взаимодействием; 2. Предсказать электропроводности и сдвиговые вязкости однокомпонентных и многокомпонентных растворов электролитов с помощью теории самосогласованного поля. 3. Построить общую модель оптимального проектирования произвольного N-кубитного квантового гейта, провести численное исследование решений этой модели для различных гамильтонианов взаимодействия и значений N; 4. Провести исследование фазовых переходов спиновых систем методами глубокого машинного обучения (ИИ) с использованием при обучении и тестировании геометрии распределения различных величин; 5. Исследовать джозефсоновские элементы и конструкции на их основе, позволяющие реализовать стохастическую динамику (отображение Чирикова, диффузию Арнольда, кросс-резонансы и т.п.).