Компьютерное моделирование и численно-аналитические методы исследования сложных физико-технических систем и инфокоммуникационных технологи

Компьютерное моделирование и численно-аналитические методы исследования сложных физико-технических систем и инфокоммуникационных технологи

Предмет/область исследования
  • Cимвольно-численные алгоритмы решения задач квантовой физики и волновой оптики, автоматизированная обработка экспериментальных данных, полученных на ускорителях численные методы решения задач стохастической динамики.
  • Совершенствование моделей функционирования оптических и квантово-физических устройств на основе волновых оптических и квантово-механических эффектов; модификация устойчивых численных методов решения прямых задач моделирования волноводного распространения электромагнитного излучения в интегрально-оптических волноводах, дифракции поляризованного монохроматического электромагнитного излучения на субволновых оптических решетках и эволюции малоразмерных квантово-механических систем.
  • Компьютерная реализация символьно-численных алгоритмов решения начально-граничных задач для соответствующих систем уравнений в частных производных и исследование их устойчивоподобных и симметрийных свойств.
  • Развитие методов стохастизации марковских, и в частности одношаговых процессов; совершенствование методов исследования стохастических и статистических процессов.
  • Компьютерная реализация аналитических и численных алгоритмов решения начально-краевых задач для соответствующих систем уравнений в частных производных, стохастических дифференциальных уравнений, интегро- дифференциальных уравнений.
  • Исследование вопросов построения действий по Гамильтону для различных классов уравнений движения бесконечномерных систем и представимости рассматриваемых уравнений в форме уравнений Эйлера-Лагранжа с непотенциальными плотностями сил, уравнений Гамильтона и Гамильтона-допустимых уравнений.
  • Создание информационной технологии в виде комплекса математических моделей механизмов управления радиоресурсами беспроводных гетерогенных сетей пятого поколения, поддерживающих технологии интернета вещей.
Цели и задачи

Целью является создание практического центра международного уровня для совершенствования методов численного решения прикладных задач математической физики. В настоящее время усилия сотрудников Центра сфокусированы на применении символно-численных алгоритмов решения задач квантовой физики и волновой оптики, а также автоматизированной обработки экспериментальных данных, полученных на ускорителях. В Центре ведется разработка, апробация и совершенствование компьютерных методов обработки данных проводятся совместно с коллегами из Лаборатории информационных технологий ОИЯИ. Разработка, апробация и совершенствование символьно-численных алгоритмов решения задач квантовой физики проводятся совместно с коллегами из Лаборатории теоретической физики ОИЯИ. Работы по исследованию численных методов решения задач стохастической динамики выполняются совместно с сотрудниками международного научного центра ОИЯИ, Словацкого Университета им. П.Й. Шафарика, ФИЦ «Информатика и Управление», Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша.

Области применения результатов

Результаты могут быть использованы для подготовки кадров высшей квалификации в РФ и за рубежом.

Полученные результаты используются в следующих областях:

  • разработка программного обеспечения для поддержки технологии Интернета вещей с управлением радиоресурсами беспроводных гетерогенных сетей пятого поколения. Например, проектирование автоматизированных систем по уходу за больными;
  • при анализе статистических характеристик перемещения абонентов в беспроводных сетях с целью выявления пространственно-вероятностных характеристик движения, а также надежности сетевых соединений (телекоммуникационные компании). Например, проектирование систем автопилотирования для автомобильного и железнодорожного транспорта;
  • проектирование приборов для ядерной электроники с целью регистрации элементарных частиц и фотонов излучений. Например, проектирование приборов, с помощью которых ведется подсчёт импульсов от регистрирующих детекторов, а также классификация типов элементарных частиц и исследования их энергетического спектра, когда требуется анализ формы импульса частиц, определение его амплитуды и относительной временной задержки между импульсами; для анализа пространственного распределения элементарных частиц;
  • проектирование приборов, использующих в своей работе малоразмерные квантовые системы, т.е. системы, содержащие структурные элементы размером около 1-100 нм, которые определяют их основные свойства и характеристики. Например, проектирование наноустройств (нанонасосы, нанодвигатели, нанороботы, наноманипуляторы и др.) и создание наноматериалов с заданными свойствами (сверхпрочность, сверхжаростойкость, полное поглощение или отражение электромагнитного излучения и др.);
  • анализ стохастической динамики физико-технических и экономических систем, динамика которых имеет случайный характер. Например, проектирование летательных аппаратов: самолеты, беспилотные летательные аппараты, ракеты; разработка систем мониторинга устойчивости высотных зданий и сооружений (устойчивость во время землетрясений), разработка систем мониторинга макроэкономической динамики и др.; проектирование наноразмерных интегрально-оптических систем и устройств для нужд оптической связи, и обработки информации. Например, проектирование систем передачи информации по линиям оптоволоконной связи.