O (N) Methoden in der Berechnung elektronischer Strukturen

Lineare Skalierungsmethoden oder O(N)-Methoden haben rechnerische und speichertechnische Anforderungen, die linear mit der Anzahl der Atome im System, N, steigen, im Gegensatz zu standardmäßigen Ansätzen, die mit der dritten Potenz der Anzahl der Atome skalieren. Diese Methoden, die auf der kurzfristigen Natur der elektronischen Struktur basieren, ermöglichen genaue ab initio Simulationen von Systemen von bisher nie dagewesener Größe. Die Theorie hinter der Lokalität der elektronischen Struktur wird beschrieben und mit physikalischen Eigenschaften der zu modellierenden Systeme in Verbindung gebracht, zusammen mit einer Übersicht über die neuesten Entwicklungen in Methoden im echten Raum, die für die effiziente Nutzung von Hochleistungsrechnern wichtig sind. Die bisher vorgeschlagenen linearen Skalierungsmethoden lassen sich in sieben verschiedene Bereiche unterteilen, und die Anwendbarkeit, Effizienz und Vorteile der in diesen Bereichen vorgeschlagenen Methoden werden anschließend diskutiert. Die Anwendungen linearer Skalierungsmethoden sowie die als Computerprogramme verfügbaren Implementierungen werden betrachtet. Schließlich werden die Aussichten und Herausforderungen, vor denen die linearen Skalierungsmethoden stehen, erörtert.