계산 시간 최대 100배 단축…6개월 걸렸던 계산 하루면 끝
전자밀도범함수 이론은 비교적 간단한 파동함수와 전자밀도만으로 에너지와 성질을 계산할 수 있음을 증명한 이론이다. 정 교수에 따르면 파동함수(물질입자인 전자·양성자·중성자 등의 상태를 나타내는 양)를 이용하게 되면 전자의 개수만큼 계산에 적용해야 할 변수가 필요하지만, 전자밀도는 3개의 변수(X,Y, Z)만이 적용된다. 변수가 적을수록 훨씬 간단하게 계산을 할 수 있다.
그러나 전자밀도의 경우 적용해야 할 정확한 범위가 정해져 있지 않기 때문에 파동함수보다 정확도는 떨어진다. 정 교수팀은 기존 양자계산의 문제점으로 인한 결과의 신뢰성이 떨어지는 단점을 보완해 정확하면서도 빠른 전자밀도범함수 이론과 알고리즘을 개발해낸 것이다.
|
▲알케인(alkane) 분자의 크기에 따라 본 연구에서 제시한 새로운 방법론 (local XYGJ-OS)과 기존의 방법론의 계산 시간을 비교한 그래프. ⓒ2011 HelloDD.com |
전자들의 상호작용은 크게 입자 고유 운동량(이하 스핀)이 같은 전자들끼리의 상호작용과 스핀이 다른 전자들끼리의 상호작용으로 나뉘는데, 스핀이 다른 전자들의 상호작용이 더 크다.
연구팀은 이 점에 착안해 기존에 존재하던 정확한 계산법에서 스핀이 다른 전자 사이의 상호 작용을 중점적으로 계산해 속도를 향상시켰다. 또한 상호작용이 거의 없는 전자의 경우 총 에너지에 영향을 미치지 않는다는 점에 착안해 계산 시간을 최대 100배 이상 단축시키는 알고리즘을 개발해냈다.
탄소 200개와 수소 402개로 이뤄진 알케인 분자를 정확히 계산하는 데 기존의 방법으로는 6개월이 걸린다면, 새로운 방법론을 이용하면 비슷한 정확도로 하루면 계산이 가능하다.
정 교수는 "그동안 국내의 계산과학 및 재료 설계 커뮤니티가 응용 연구에 주로 집중해 짧은 시간 동안 훌륭한 결과를 많이 도출한 반면, 상대적으로 긴 시간을 요구하는 기초 방법론이나 소프트웨어 개발에서는 국제경쟁력이 뒤처져 있는 추세였다"며 "이번 연구는 기존의 방법들보다 월등한 정확도와 속도를 가진 방법론을 국내에서 개발했다는 점에서 의미가 크다"고 말했다.
한편 이번에 개발된 방법론은 큐켐(Q-CHEM)이라는 상용 소프트웨어 패키지를 통해 일반 연구자들에게도 공급될 예정이다.
댓글 정렬