強化学習LAQAを用いた高効率結晶構造探索手法の開発およびソフトウェア化

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我々が開発している結晶構造探索手法のLAQAでは、第一原理計算から得られる原子に働く力および応力テンソルを用いることにより、最終的にエネルギーがより低くなりそうな構造候補を選択して優先的に最適化することで、不要な最適化計算を行うことなく効率的に安定構造が探索可能となる。2022年度はこれまで開発済みであった、第一原理計算ソフトのQuantum ESPRESSOの最適化ステップごとのエネルギー、原子に働く力および応力テンソルを抽出するコードを結晶構造探索ツールであるCrySPYに取り組み、ユーザーが難しいことを気にすることなくLAQAによるシミュレーションを行うことができるよう、ソフトウェア開発を行った。また、2021年度に開発した、応力テンソルを含めたLAQAのスコア関数も搭載したプログラムも開発バージョンとしては完成しており、他の機能と合わせて2023年5月に公開を予定している。これまでのCrySPYはインストールに少し難しさが残っていたが、本研究の目的である簡単に扱うことができるようなソフトウェア化のため、プログラム全体を見直すことでインストールを簡単化し、マニュアルも整備した。PythonのソフトウェアリポジトリであるPyPIに登録を行い、pipを使うだけでCrySPYのインストールが可能になった。本研究を遂行している中で、構造生成のスピードアップへの要望がユーザーから挙がってきた。特にLAQAは最初に多数のランダム構造を生成することになるので、構造生成の効率化も必要不可欠と言える。これまではシングルプロセスの逐次計算で行っていた構造生成をMPI並列を用いた並列計算で行えるようにプログラムを改良した。これにより、CPUの能力を最大限利用した構造生成が可能となった。