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TU Berlin

Inhalt des Dokuments

Computerorientierte Theoretische Physik

Lehrveranstaltung 3233 L 550 und 3233 L 551 im Wintersemester 2017/18

Dozent: Dr. Marten Richter

Vorlesung: (Beginn 16.10.)
Di 12:15-13:45 (EW 731)
Do 14:15-15:45 (EW 733)

Übung: (Beginn 25.10.)
Do 10:15-11:45 (entweder EW 731 oder im PC Pool)

When attending this course 9 credit points within the ECTS system can be obtained.

Der Kurs kann über das Modul Spezielle Themen der Theoretischen Physik eingebracht werden.
Vorraussetzung ist der Erwerb eines Übungsscheins.

Inhalt

Die Vorlesung bietet einen Überblick über verschiedene numerische Methoden um Probleme  der modernen theoretische Physik zu lösen. Dabei werden sowohl die Rechnerarchitekturen, Algorithmen besprochen als auch die Herleitung der grundsätzlichen physikalischen Fragestellungen z.B. der Quantenmechanik, die als Beispiel besprochen werden.  Alle numerischen Verfahren/Probleme werden nach Möglichkeit an einem fortgeschrittenen Beispiel der Physik illlustiert. Es wechseln sich dabei Vorlesungen zur physikalischen Anwendung und zu numerischen Methoden ab. Flankiert werden die Vorlesungen durch Übungen, die meist praktisch die Lösung von numerischen Problem beinhalten aber auch vorbereitende Analytik.
Viele der Übungen werden teilweise im PC-POOL stattfinden, in dem konkret Teile der Übungsaufgaben in der Übung gelöst werden.

Themen werden voraussichtlich beinhalten:


Rechnerarchitekturen, Lineare Algebra für parallele Programmierung,
Finite Differenzenverfahren,  Exziton-, Trionzustände, Iterationsverfahren, Krylov Unterräume/Lanczos Verfahren für Eigenwertprobleme


Quantenchemie: Basissysteme, Configurationsinteraktionsmethode, Dichtefunktionaltheorie, Born-Oppenheimernäherung; Optimierungsprobleme,

Zeitliche Dynamik: Dichtematrixtheorie, Blochgleichungen Zeitsolver
Vielteilchendynamik, Korrelationsentwicklung und  Coulombstreuung
Berechnung von Spektren; Fourier- Transformation (DFT; FFT), Harmonische Inversion.
Tensor-Netzwerkmethoden, insbesondere Singulärwertzerlegung, Matrix-Produktzustände, Matrix-Produkt-Operatoren, DMRG, PEPS, Zeitpropagation.

 

 

Themen werden voraussichtlich beinhalten:

  • Rechnerarchitekturen
  • Lineare Algebra für parallele Programmierung,
  • Finite Differenzenverfahren 
  • Exziton-, Trionzustände
  • Iterationsverfahren. Krylov Unterräume/Lanczos Verfahren für Eigenwertprobleme
  • Quantenchemie: Basissysteme
  • Configurationsinteraktionsmethode,
  • Dichtefunktionaltheorie
  • Born-Oppenheimernäherung
  • Optimierungsprobleme,
  • Zeitliche Dynamik: Dichtematrixtheorie, Blochgleichungen Zeitsolver
  • Vielteilchendynamik, Korrelationsentwicklung und  Coulombstreuung
  • Berechnung von Spektren
  • Fourier- Transformation (DFT; FFT),
  • Harmonische Inversion,
  • Tensor-Netzwerkmethoden:
  • insbesondere Singulärwertzerlegung,
  • Matrix-Produktzustände
  • Matrix-Produkt-Operatoren
  • DMRG
  • PEPS
  • Zeitpropagation.

 

 

Online Anmeldung für die Übung

Die Tutorieneinteilung und Scheinvergabe zu der Vorlesung "Computerorientierte Theoretische Physik" erfolgt im Wintersemester 2018/19 über das Moseskontosystem bis Mittwoch 17.10.2018 18:00 Uhr. Eine spätere Anmeldung ist nicht möglich.

Übung und Scheinkriterien

Je nach Thema werden die Übungen entweder teilweise im PC-POOL durchgeführt oder wenn analytische Rechnungen im Vordergrund stehen als Übungen mit Übungsblättern. Immer wird die Lösung direkt in der Übung korrigiert und reflektiert.

Für das Thema der Vorlesung ist selbstständiges Lernen essentiel für den Lernfortschritt, daher werden viele Übungsaufgaben projektartig formuliert, was eigenständige Recherche und teilweise eigene Formulierung der Aufgabenstellung erfordert.

Jede Übungssektion gliedert sich in drei Aufgabenbereiche: 1. Recherche und Vorbereitung für die Übung (dies muss vor der Übung erledigt werden und wird in der Übung vorgestellt), 2. Arbeit an der Übungsaufgabe in der Übung, 3. Fertigstellen der Übungsaufgaben nach der Übung.

Jeder dieser Aufgabenbereiche wird wie folgt bewertet: 0 Punkte (nicht bearbeitet), 1 Punkt (Bearbeitung nur rudimentär), 2 Punkte (Alles ausführlich, sorgfältig und zufriedenstellend bearbeitet), 3 Punkte (Super und vorbildliche Bearbeitung, Bonuspunktfall wird nur sehr selten vergeben < 5%). Bei einer Bewertung mit nur einem Punkt, kann noch nachgearbeitet werden um 2 Punkte zu erreichen.
Die Übungssektionen werden dabei mit der Anzahl der Übungen, die Sie beinhalten gewichtet.
Für den Erwerb eines Übungsscheins müssen 50 % der Punkte erreicht werden (entspricht etwa 80 % bei der in der Regel zu erreichenden Bewertung mit 2 Punkten) und eine Präsentation am Ende des Semesters erfolgreich durchgeführt werden.

Die Bearbeitung der Übungen findet in Gruppen statt, die Gruppengröße wird am Anfang der Vorlesung festgelegt. Zur Bewertung der Übung bitte folgendes  Bewertungsblatt verwenden.

Übungssektionen

1. Übungssektion

2. Übungssektion

3. Übungssektion

4. Übungssektion

(Die Computerfachbegriffe, die in den Übungen vorkommen, werden vorher in Vorlesung und Übung erläutert, dies sollte niemanden abschrecken).

 

 

Vorlesungsmitschrift (E-Kreide)

Vorlesung Datum Mitschrift
Einführung 16.10.2018 farbig , schwarzweiss
Einführung (gescannt) 16.10.2018 link
Computerarchitektur II 18.10.2018 farbig , schwarzweiss
Rechnerarchitekturen III und lineare Algebra für parallele Programmierung 23.10.2018 farbig , schwarzweiss
Lineare Algebra für die parallele Programmierung 25.10.2018 farbig , schwarzweiss
Lösung der Schrödingergleichung über Finite Differenzen 30.10.2018 farbig , schwarzweiss
Fortsetzung Schrödingergl. und Iterative Lösungsverfahren für Eigenwertprobleme 01.11.2018 farbig , schwarzweiss
Iterative Lösung von Eigenwertproblemen II 06.11.2018 farbig , schwarzweiss
Iterative Lösung von Eigenwertproblem III, Preconditionierung 08.11.2018 farbig , schwarzweiss
Basissysteme in der Quantenchemie II 13.11.2018 farbig , schwarzweiss
Hartree Fock und CI I 15.11.2018 farbig , schwarzweiss
CI II 20.11.2018 farbig , schwarzweiss
Dichtefunktionaltheorie 22.11.2018 farbig , schwarzweiss
Optimierungsalgorithmen I 27.11.2018 farbig , schwarzweiss
Optimierungsalgorithmen II 29.11.2018 farbig , schwarzweiss
Zeitsolver 04.12.2018 farbig , schwarzweiss
Zeitsolver II 06.12.2018 farbig , schwarzweiss

Sprechzeiten

Name
Telefon
Raum
Email
Dr. Marten Richter
314-24858
EW 710
mrichter@itp.tu-berlin.de

Zusatzinformationen / Extras

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