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井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; Ali, Y.*; 今村 俊幸*
第34回数値流体力学シンポジウム講演論文集(インターネット), 6 Pages, 2020/12
ジャイロ運動論的トロイダル5次元full-fオイラーコードGT5Dにおける半陰解法差分計算用に新しいFP16(半精度)前処理付き省通信クリロフソルバを開発した。このソルバでは、大域的集団通信のボトルネックを省通信クリロフ部分空間法によって解決し、さらに収束特性を向上するFP16前処理によって袖通信を削減した。FP16前処理は演算子の物理特性に基づいて設計し、A64FXで新たにサポートされたFP16SIMD処理を用いた実装した。このソルバをGPUにも移植し、約1,000億格子のITER規模計算の性能を富岳(A64FX)とSummit(V100)で測定した。従来の非省通信型ソルバに比べて、新しいソルバはGT5Dを
倍加速し、富岳とSummitの両方で5,760CPU/GPUまで良好な強スケーリングが得られた。
井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; Ali, Y.*; 今村 俊幸*
Proceedings of International Conference on High Performance Computing, Networking, Storage, and Analysis (SC 2020) (Internet), p.1318 - 1330, 2020/11
5次元ジャイロ運動論モデルに基づく次世代核融合実験炉ITERのマルチスケールfull-
シミュレーションは核融合科学において最も計算コストが大きい問題の一つである。本研究では、新しい混合精度省通信クリロフ法を用いてジャイロ運動論的トロイダル5次元オイラーコードGT5Dを高速化した。演算加速環境における大域的集団通信のボトルネックを省通信クリロフ法によって解決した。これに加えて、A64FXにおいて新たにサポートされたFP16SIMD演算を用いて設計された新しいFP16前処理により、反復(袖通信)の回数と計算コストの両方を削減した。富岳とSummitにおける1,440CPU/GPUを用いた1,000億格子のITER規模シミュレーションに対して、提案手法の処理性能は従来の非省通信クリロフ法に比べてそれぞれ2.8倍, 1.9倍高速化され、5,760CPU/GPUまで良好な強スケーリングを示した。
井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; Ali, Y.*; 今村 俊幸*
Proceedings of Joint International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications + Monte Carlo 2020 (SNA + MC 2020), p.225 - 230, 2020/10
ジャイロ運動論的トロイダル5次元オイラーコードGT5Dにおける半陰解法差分ソルバ向けに新しいFP16(半精度)前処理付き省通信型クリロフソルバを開発した。このソルバでは、大域的集団通信のボトルネックを省通信型クリロフ部分空間法を用いて解決し、FP16前処理を用いて収束特性を改善することで袖通信の回数を削減した。FP16前処理は演算子の物理特性に基づいて設計され、A64FXにおいて新たにサポートされたFP16SIMD演算を用いて実装された。本ソルバは富岳(A64FX)とSummit(V100)に移植され、JAEA-ICEX(Haswell)に比べてそれぞれ
63倍, 29倍のソケットあたり性能の向上を達成した。
小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; Ali, Y.*; 山下 晋; 下川辺 隆史*; 青木 尊之*
Proceedings of Joint International Conference on Supercomputing in Nuclear Applications + Monte Carlo 2020 (SNA + MC 2020), p.210 - 215, 2020/10
本研究では、ブロック型局所細分化(AMR)法に基づくPoisson解法のGPU高速化を実施した。ブロック型AMR法はGPUに適したデータ構造であり、複雑な構造物で構成された原子炉等の解析に必須な解析手法である。これに、最新の前処理手法であるマルチグリッド(MG)法を共役勾配(CG)法へと組み合わせることで、計算の高速化を実現した。MG-CG法を構成する計算カーネルをGPUスーパーコンピュータであるTSUBAME3.0上にて測定した結果、ベクトル-ベクトル和、行列-ベクトル積、およびドット積の帯域幅は、ピークパフォーマンスの約60%となり、良好なパフォーマンスを実現した。更に、MG法の前処理手法として、3段のVサイクル法および各段に対してRed-Black SOR法を適用した手法を用いて、
格子点の大規模問題の解析を実施した結果、元の前処理付きCG法と比較して、反復回数を30%未満に削減すると共に、2.5倍の計算の高速化を達成した。
Au; The Two-state mixing effectVenhart, M.*; Balogh, M.*; Herz
, A.*; Wood, J. L.*; Ali, F. A.*; Joss, D. T.*; Andreyev, A. N.; Auranen, K.*; Carroll, R. J.*; Drummond, M. C.*; et al.
Physics Letters B, 806, p.135488_1 - 135488_6, 2020/07
The extremely neutron-deficient isotopes 
Au were studied by means of in-beam 
-ray spectroscopy. Specific tagging techniques, 
-decay tagging in Au and isomer tagging in 
Au, were used for these studies. Feeding of positive-parity, nearly spherical states, which are associated with 2
and 3
proton-hole configurations, from the 1
proton-intruder configuration was observed in Au. Such a decay path has no precedent in odd-Au isotopes and it is explained by the effect of mixing of wave functions of the initial state.
小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; Ali, Y.*; 下川辺 隆史*; 青木 尊之*
第25回計算工学講演会論文集(CD-ROM), 4 Pages, 2020/06
原子力機構では3次元多相流体解析手法としてJUPITERを開発している。本研究では、JUPITERの圧力Poisson方程式解法として、適合細分化格子(AMR)を用いたマルチグリッド前提条件付き共役勾配法(P-CG)を開発した。計算の高速化として、全ての計算カーネルはCUDAを用いて実装すると共に、GPUスーパーコンピュータ上にて高い性能を発揮する様に最適化した。開発したマルチグリッド圧力Poisson解法は、オリジナルのP-CG法と比較して約1/7の反復回数で収束することが確認された。また、TSUBAME3.0上で8から216GPUまでの強スケーリング性能測定により、更なる3倍の高速化が達成された。
Al-Shayeb, B.*; Sachzdeva, R.*; Chen, L.-X.*; Ward, F.*; Munk, P.*; Devoto, A.*; Castelle, C. J.*; Olm, M. R.*; Bouma-Gregson, K.*; 天野 由記; et al.
Nature, 578(7795), p.425 - 431, 2020/02
被引用回数：25 パーセンタイル：0.33(Multidisciplinary Sciences)Phage typically have small genomes and depend on their bacterial hosts for replication. We generated metagenomic datasets from many diverse ecosystems and reconstructed hundreds of huge phage genomes, between 200 kbp and 716 kbp in length. Thirty four genomes were manually curated to completion, including the largest phage genomes yet reported. Expanded genetic repertoires include diverse and new CRISPR-Cas systems, tRNAs, tRNA synthetases, tRNA modification enzymes, initiation and elongation factors and ribosomal proteins. Phage CRISPR have the capacity to silence host transcription factors and translational genes, potentially as part of a larger interaction network that intercepts translation to redirect biosynthesis to phage-encoded functions. Some phage repurpose bacterial systems for phage-defense to eliminate competing phage. We phylogenetically define seven major clades of huge phage from human and other animal microbiomes, oceans, lakes, sediments, soils and the built environment. We conclude that large gene inventories reflect a conserved biological strategy, observed across a broad bacterial host range and resulting in the distribution of huge phage across Earth's ecosystems.
-decay properties of 
FrGhys, L.*; Andreyev, A. N.; Huyse, M.*; Van Duppen, P.*; Antalic, S.*; Barzakh, A.*; Capponi, L.*; Cocolios, T. E.*; Cubiss, J.*; Derkx, X.*; et al.
Physical Review C, 100(5), p.054310_1 - 054310_13, 2019/11
被引用回数：5 パーセンタイル：18.92(Physics, Nuclear)The aim of this work was to investigate the -decay properties of Fr and daughter products. Neutron-deficient francium nuclei are produced at ISOLDE-CERN bombarding a UCx target with 1.4 GeV protons. Due to the very high statistics and the high beam purity, improved decay data for 
Fr and its daughters were obtained. The observation of crossover transitions positioned the isomeric high-spin level of 
At at an excitation energy of 265(3) keV. Half-life values of 4.47(5) s and 1.28(10) s were extracted for the ground state and isomeric state of At and 52(3) ms for the ground-state decay of 
Fr.
Ali, Y.*; 小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; 伊奈 拓也*; 今村 俊幸*
Proceedings of 10th Workshop on Latest Advances in Scalable Algorithms for Large-Scale Systems (ScalA 2019), p.1 - 8, 2019/11
被引用回数：3 パーセンタイル：1.37大規模線形問題の反復法ソルバはCFDコードで共通に用いられる。前処理付共役勾配(P-CG)法は最も広く用いられている反復法の一つである。しかしながら、P-CG法では、特に演算加速環境において、大域的集団通信が重要なボトルネックとなる。この問題を解決するために、省通信版のP-CG法がますます重要になっている。本論文では多相CFDコードJUPITERにおけるP-CG法と前処理付チェビシェフ基底省通信CG(P-CBCG)法を最新のV100GPUに移植する。全てのGPUカーネルは高度に最適化され約90%のルーフライン性能を達成し、ブロックヤコビ前処理はGPUの高い演算性能を引き出すように再設計し、さらに残された袖通信のボトルネックは通信と計算のオーバーラップによって回避した。P-CG法とP-CBCG法の全体性能は大域的集団通信と袖通信の省通信特性によって左右され、GPUあたりのノード間通信帯域が重要となることが示された。開発したGPUソルバはKNLにおける以前のCPUソルバの2倍に加速され、Summitにおいて7,680GPUまで良好な強スケーリングを達成した。
Matheus Carnevali, P. B.*; Schulz, F.*; Castelle, C. J.*; Kantor, R. S.*; Shih, P. M.*; Sharon, I.*; Santini, J.*; Olm, M. R.*; 天野 由記; Thomas, B. C.*; et al.
Nature Communications (Internet), 10, p.463_1 - 463_15, 2019/01
被引用回数：8 パーセンタイル：13.13(Multidisciplinary Sciences)The metabolic platform in which microbial aerobic respiration evolved is tightly linked to the origins of Cyanobacteria (Oxyphotobacteria). Melainabacteria and Sericytochromatia, close phylogenetic neighbores to Oxyphotobacteria comprise both fermentative and aerobic representatives, or clades that are capablee of both. Here, we predict the metabolisms of Margulisbacteria from two distinct environments and Saganbacteria, and compare them to genomes of organisms from the related lineages. Melainabacteria BJ4A obtained from Mizunami site are potentially able to use O
and other terminal electron acceptors. The type C heme-copper oxygen reductase found in Melainabacteria BJ4A may be adapted to low O levels, as expected for microaerophilic or anoxic environments such as the subsurface. Notably, Melainabacteria BJ4A seems to have a branched electron transport chain, with one branch leading to a cytochrome d ubiquinol oxidoreductase and the other one leading to the type C heme-copper oxygen reductase. Both these enzymes have high affinity for O, thus are adapted to low O levels. These contemporary lineages have representatives with fermentative H-based metabolism, lineages capable of aerobic or anaerobic respiration, and lineages with both. Our findings support the idea that the ancestor of these lineages was an anaerobe in which fermentation and H metabolism were central metabolic features.
小野寺 直幸; 井戸村 泰宏; Ali, Y.*; 下川辺 隆史*
Proceedings of 9th Workshop on Latest Advances in Scalable Algorithms for Large-Scale Systems (ScalA 2018) (Internet), p.9 - 16, 2018/11
被引用回数：2 パーセンタイル：14.22計算の高速化に向けて適合細分化格子(AMR)法を適用した格子ボルツマン法(LBM)に対して、通信削減マルチタイムステップ法(CRMT)を提案した。本手法はテンポラルブロッキング法に基づく定式化を行うことで、GPU計算で大きなボトルネックとなる通信回数の削減が可能となる。東京工業大学のTSUBAMEおよび東京大学のReedbushスーパーコンピュータにて性能測定を実施した結果、通信コストが64%に削減され、200GPUまでの弱および強スケーリング結果が改善された。以上の高速化により、2km四方の計算領域に対して1m解像度の風速5msの実時間解析が可能であることが示された。
Al
ground stateHeylen, H.*; De Rydt, M.*; Neyens, G.*; Bissell, M. L.*; Caceres, L.*; Chevrier, R.*; Daugas, J. M.*; 市川 雄一*; 石橋 陽子*; Kamalou, O.*; et al.
Physical Review C, 94(3), p.034312_1 - 034312_5, 2016/09
被引用回数：27 パーセンタイル：6.99(Physics, Nuclear)フランスGANIL研究所にて、中性子過剰核
Alの電気的四重極モーメントの高精度測定を
-NQR法を用いて行った。この領域の不安定核では、
Mgでは中性子数20魔法数が消滅しており、
Siでは中性子数20魔法数が保たれていることが知られている。その中間にあるAlで魔法数が消滅しているか否かは大きな興味を持たれているが、これまでの実験では魔法数消滅の程度に対する決定的なデータは存在しなかった。この実験では、魔法数の消滅の程度に敏感と考えられている電気的四重極モーメントを高精度で測定し、
mbが得られた。この値を殻模型計算と比較したところ、Alでは魔法数が50%以上消滅していることが明らかになった。
Lohrmann, A.*; 岩本 直也*; Bodrog, Z.*; Castelletto, S.*; 大島 武; Karle, T. J.*; Gali, A.*; Prawer, S.*; McCallum, J. C.*; Johnson, B. C.*
Nature Communications (Internet), 6, p.7783_1 - 7783_7, 2015/07
被引用回数：91 パーセンタイル：3.18(Multidisciplinary Sciences)A new single photon source (SPS) was found in hexagonal silicon carbide (SiC), and the luminescence from the SPS could be controlled by the operation of the pn diode. The SPS showed electro-luminescence (EL) with spectra between 700 and 850 nm (zero phonon line: 745 nm) and the EL could be easily observed at even room temperature (RT). Also, the SPS has very high thermal stability and can be observed even after 1800 
C annealing. The luminescence from the SPS was also observed by photo-luminescence measurements at RT. From Ab initio calculation, it was proposed that the silicon antisite defects beneath cubic SiC inclusion are a reasonable structure for the SPS although the identification of the SPS has not yet done.
Widmann, M.*; Lee, S.-Y.*; Rendler, T.*; Son, N. T.*; Fedder, H.*; Paik, S.*; Yang, L.-P.*; Zhao, N.*; Yang, S.*; Booker, I.*; et al.
Nature Materials, 14(2), p.164 - 168, 2015/02
被引用回数：251 パーセンタイル：0.53(Chemistry, Physical)Single silicon vacancy (V
) in silicon carbide (SiC) was studied from the point of view of single photon source for quantum computing. The V centers were created in high purity semi-insulating hexagonal (4H)-SiC by 2 MeV electron irradiation with fluences up to 5
10
/cm
. No subsequent annealing was carried out. A couple of solid immersion lens (SIL) with 20 
m diameter were created on samples by ion milling using 40 keV Ga focused ion beam. A typical home-built confocal setup was used after optimizing for emission in the wavelength range around 900 nm. As a result, optically detected electron spin resonance (ODMR) for V was observed at room temperature (RT). Using ODMR, Rabi oscillations were also observed, and the Rabi frequency increased with increasing applied-magnetic field. In addition, spin relaxation time T
and T were detected to be 500 s and 160 s, respectively.
Waldherr, G.*; Wang, Y.*; Zaiser, S.*; Jamali, M.*; Schulte-Herbr
ggen, T.*; 阿部 浩之; 大島 武; 磯谷 順一*; Du, J. F.*; Neumann, P.*; et al.
Nature, 506(7487), p.204 - 207, 2014/02
被引用回数：268 パーセンタイル：0.37(Multidisciplinary Sciences)量子ビットが担う"重ね合わせ"という量子情報は、外部との意図しない相互作用により容易に壊されるので、量子エラー訂正無しでは量子コンピューティングは実現困難である。ダイヤモンド中のカラーセンターの一つであるNVセンターの単一分子に相当する単一欠陥を用いて、電子スピン1個と核スピン3個からなるハイブリッド量子レジスタを作製(
C 99.8%濃縮した合成ダイヤモンド結晶に電子線照射と熱処理によりNVセンターを形成)し、室温動作の固体スピン量子キュービットでは世界で初めて量子エラー訂正のプロトコルの実行に成功した。この方法はスケーラブルなので、フォールト・トレラントな量子操作を多量子ビットへ拡張することが可能となり、固体量子情報デバイス実現への道を開くものである。
Castelletto, S.*; Johnson, B.*; Ivady, V.*; Stavrias, N.*; 梅田 享英*; Gali, A.*; 大島 武
Nature Materials, 13(2), p.151 - 156, 2014/02
被引用回数：274 パーセンタイル：0.59(Chemistry, Physical)単一フォトンの発生や検出は量子力学の実験的な基盤や計測理論に重要な役割を示す。また、効率的、高品質の単一発光源は量子情報等の実現にとって不可欠と考えられている。本研究では、室温においても非常に明るく安定な炭化ケイ素(SiC)中の単一発光源の形成と同定に成功した。この単一発光源はSiC中のシリコンサイトを炭素で置換した炭素アンチサイト(C)と炭素空孔(V
)の複合欠陥(CV)として知られる点欠陥であり、高純度SiCに対して、電子線照射と照射後の熱処理を組み合わせることで形成が可能となる。非常に明るい光源(210
counts/s)であり、キャビティーの使用が無い場合においても高い量子効率が得られる。
Azad, M. A. K.*; Mazumdar, M. N. N.*; Chaki, A. K.*; Ali, M.*; Hakim, M. L.*; Mamun, A. N. K.*; 長谷 純宏; 野澤 樹; 田中 淳; 小池 亜紀*; et al.
SABRAO Journal of Breeding and Genetics, 45(2), p.179 - 186, 2013/06
短日植物であるイネは、短日条件に応答して出穂する。バングラデシュの在来品種Ashfalは、高い耐塩性及び冠水耐性を持つことから100年以上に渡って栽培されてきたが、光感受性が高いため、バングラデシュでの3つの作期のうち、長日条件にあたるboro期では出穂しないため栽培ができない。また、短日条件にあたるaman期においても草丈が高いために倒伏することがある。そこで、Ashfalへの炭素イオン照射によって光非感受性並びに矮性系統の作出を試みた。照射当代(M1)植物をboro期で栽培した結果、親品種のAshfalは全く出穂しなかったが、照射した計1,500粒の種子に由来する9個体が出穂した。このうち、草丈が低い3個体は稔性があり、次世代(M2)種子が得られた。これらの変異系統の形質を確認するため、M2種子をaman期で栽培した結果、Ashfalに比べて出穂が早いこと並びに草丈が低いことが確認され、また、遺伝的な分離は見られなかった。さらにM2植物から得たM3種子をboro期で栽培した結果、親品種のAshfalは全く出穂しなかったが、変異系統は出穂することが確認された。以上の結果から、炭素イオン照射によってM1世代で遺伝的に固定された光非感受性変異体が得られたことが示唆された。これらの変異系統は草丈も低いことから実用的価値も高いと考えられる。
Rothe, S.*; Andreyev, A. N.*; Antalic, S.*; Borschevsky, A.*; Capponi, L.*; Cocolios, T. E.*; De Witte, H.*; Eliav, E.*; Fedorov, D. V.*; Fedosseev, V. N.*; et al.
Nature Communications (Internet), 4, p.1835_1 - 1835_6, 2013/05
被引用回数：67 パーセンタイル：4.63(Multidisciplinary Sciences)The radioactive element astatine exists only in trace amounts in nature. Its properties can therefore only be explored by study of smallest quantities of artificially produced isotopes or by performing theoretical calculations. One of the most important properties influencing the chemical behaviour is the energy required to remove one electron from the valence shell, referred to as the ionization potential (IP). Here we use laser spectroscopy to probe the optical spectrum of astatine near the ionization threshold. The observed series of Rydberg states allowed the deduction of the IP of the astatine atom for the first time. New ab initio calculations were performed to support the experimental result. The measured value of IP(At) serves as a benchmark for quantum chemistry calculations of the properties of astatine as well as for the theoretical prediction of the ionization potential of super-heavy element 117, the heaviest homologue of astatine.
K and 
K; Establishing the 1/2
and 3/2 level ordering beyond 
= 28Papuga, J.*; Bissell, M. L.*; Kreim, K.*; Blaum, K.*; Brown, B. A.*; De Rydt, M.*; Garcia Ruiz, R. F.*; Heylen, H.*; Kowalska, M.*; Neugart, R.*; et al.
Physical Review Letters, 110(17), p.172503_1 - 172503_5, 2013/04
被引用回数：22 パーセンタイル：21.34(Physics, Multidisciplinary)CERNのISOLDEにて、中性子過剰のカリウム同位体を生成,分離し、レーザー核分光によってK及びKの基底状態のスピン及び磁気モーメントを初めて測定した。カリウム同位体は陽子数が19であるため、低励起状態に陽子の一空孔状態が観測されると考えられ、基底状態の量子数から陽子の殻構造の情報が引き出される。これまで、中性子数28の同位体までの基底状態が測定されており、中性子数20から28まで変化させると、基底状態が3/2から1/2へと変化するという準位の逆転現象が知られていた。今回の実験で、Kの基底状態は1/2, Kの基底状態は3/2であることが確定し、陽子準位が再逆転することを観測した。この再逆転現象は、標準的なポテンシャル模型では理解されず、殻模型計算によって、有効相互作用が殻構造の変化をもたらすのに本質的であることを明らかにした。
Devaty, R. P.*; Yan, F.*; Choyke, W. J.*; Gali, A.*; 木本 恒暢*; 大島 武
Materials Science Forum, 717-720, p.263 - 266, 2012/05
被引用回数：1 パーセンタイル：36.33The Carbon-Carbon (C-C) stretch vibration associated with the dicarbon antisite in 4H Silicon Carbide (SiC) has been observed from up to the fifth harmonic in the low temperature photoluminescence spectrum. By the fitting to the obtained data using the Morse potential, we can obtain the reasonable anharmonicity. We also combined experimental results, the analytically tractable Morse potential, and results obtained from first principles calculations in order to estimate the thermal expansion coefficient of the C-C bond. This local thermal expansion coefficient is considerably smaller than the linear thermal expansion coefficient of bulk 4H SiC, in striking contrast with the recent result obtained from the nitrogen-vacancy center in diamond that the local thermal expansion coefficientis larger than the bulk value.
