A highly adaptive load balancing algorithm for parallel simulations using particle methods, such as molecular dynamics and smoothed particle hydrodynamics (SPH), is developed. Our algorithm is based on the dynamic spatial decomposition of simulated material samples between Voronoi subdomains, where each subdomain with all its particles is handled by a single computational process which is typically run on a single CPU core of a multiprocessor computing cluster. The algorithm displaces the positions of neighbor Voronoi subdomains in accordance with the local load imbalance between the corresponding processes. It results in particle transfers from heavy-loaded processes to less-loaded ones. Iteration of the algorithm puts into alignment the processor loads. Convergence to a well-balanced decomposition from imbalanced one is improved by the usage of multi-body terms in the balancing displacements. The high adaptability of the balancing algorithm to simulation conditions is illustrated by SPH modeling of the dynamic behavior of materials under extreme conditions, which are characterized by large pressure and velocity gradients, as a result of which the spatial distribution of particles varies greatly in time. The higher parallel efficiency of our algorithm in such conditions is demonstrated by comparison with the corresponding static decomposition of the computational domain. Our algorithm shows almost perfect strong scalability in tests using from tens to several thousand processes.
Publications: arXiv:1805.05128v2 [physics.comp-ph] ; Computer Physics Communications, Volume 234, January 2019, Pages 112-125

We show that derivatives of thermal Hall conductance of a 2d lattice quantum system with respect to parameters of the Hamiltonian are well-defined bulk quantities provided correlators of local observables are short-range. This is despite the fact that thermal Hall conductance itself has no meaning as a bulk transport coefficient. We use this to define a relative topological invariant for gapped 2d lattice quantum systems at zero temperature. Up to a numerical factor, it can be identified with the difference of chiral central charges for the corresponding edge modes. This establishes bulk-boundary correspondence for the chiral central charge. We also show that for Local Commuting Projector Hamiltonians relative thermal Hall conductance vanishes identically, while for free fermionic systems it is related to the electric Hall conductance via the Wiedemann-Franz law.

Гидродинамический режим зарядового транспорта находится в фокусе теоретических и экспериментальных исследований элекронных систем в настоящее время. Особый интерес представляет недиссипативная холловская вязкость, которая для систем без беспорядка определяется топологией. Наличие беспорядка в реальных системах требует изучения его влияния на вязкость. В этой работе этот вопрос изучается, как аналитически, так и численно, для неупорядоченных невзаимодействующих двумерных электронов в перпендикулярном магнитном поле. Аналитический метод, который используется - это самосогласованное борновское приближение, явно учитывающее изменение одночастичной плотности состояний и времени упругого рассеяния из-за квантования Ландау. Полученные результаты интерполируют между известными предельными случаями слабого (сильного) магнитного поля и сильного (слабого) беспорядка. В режиме слабого магнитного поля наши результаты описывают квантовые (типа Шубникова-де Гааза) осцилляции диссипативной и холловской вязкости. Для сильных магнитных полей найдено влияние уширения уровней Ландау из-за беспорядка на коэффициенты вязкости. Наши аналитические результаты для высоких уровней Ландау дополняются численными расчетами для нескольких заполненных уровней Ландау. Наши результаты показывают, что холловская вязкость устойчива к беспорядку.

The mass-transport induced by crossed surface waves consists of the Stokes and Euler contributions which are very different in nature. The first contribution is a generalization of Stokes drift for a plane wave in ideal fluid and the second contribution arises due to the fluid viscosity and it is excited by a force applied in the viscous sublayer near the fluid surface. We study the formation and decay of the induced mass-transport theoretically and experimentally and demonstrate that both contributions have different time scales for typical experimental conditions. The evolution of the Euler contribution is described by a diffusion equation, where the fluid kinematic viscosity plays the role of the diffusion coefficient, while the Stokes contribution evolves faster, feeling the additional damping near the system boundaries. The difference becomes more pronounced if the fluid surface is contaminated. We model the effect of contamination by a thin insoluble liquid film presented on the fluid surface with the compression modulus being the only non-zero rheological parameter of the film. Then the Euler contribution into the mass-transport becomes parametrically larger and the evolution of the Stokes contribution becomes parametrically faster. The parameter is the same in both cases and it is equal to the quality factor of surfaces waves, which is modified by the presence of a surface film. We infer the value of the compression modulus of the film by fitting the results of transient measurements of eddy currents and demonstrate that the obtained value leads to the correct ratio of amplitudes of horizontal and vertical velocities of the wave motion and is in reasonable agreement with the measured dissipation rate of surface waves.

Как известно, перезапуск стохастического процесса может существенно сократить среднее время требуемое для его завершения. Этот эффект широко применяется для ускорения стохастических алгоритмов поиска и потенциально может быть использован для повышения скорости протекания химических реакций. Однако, в ряде случаев интерес представляет не длительность процесса, а то по какому сценарию этот процесс завершился. В докладе будет показано, как перезапуск влияет на вероятности реализации различных исходов стохастических процессов типа эксперимента Бернулли, то есть процессов с двумя альтернативными сценариями завершения. Особое внимание будет уделено классу задач, где специальным образом подобранная частота перезапуска максимизирует шансы на получение желаемого исхода. Проведенный анализ демонстрирует, что оптимально перезапускаемые процессы обладают рядом универсальных особенностей.

Доклад по теме представляемой к защите кандидатской диссертации.

We use gauge/string duality to model a heavy quark-antiquark pair in a color singlet moving through a thermal plasma. In particular, we explore the effect of velocity on the string tension and Debye screening mass. Then we apply the results to the analysis of heavy quarkonium bound states. With some assumptions, we estimate the characteristic size of quarkonium and its dissociation temperature.