Quantum Simulation Using High-Performance Computing

Hermitian matrix multiplication is one of the most common actions that is performed on quantum matrices, for example, it is used to apply observables onto a given state vector/density matrix. ρ→Hρ Our goal is to create an algorithm to perform the matrix multiplication within the constraints of QuEST [1], a high-performance simulator for quantum circuits. QuEST provides a system-independent platform for implementing and simulating quantum algorithms without the need for access to quantum machines. The current implementation of QuEST supports CUDA, MPI, and OpenMP, which allows programs to run on a wide variety of systems

The Difference between Optimal and Germane Communities

Networks often exhibit community structure and there are many algorithms that have been proposed to detect the communities. Different sets of communities have different characteristics. Community finding algorithms that are designed to optimize a single statistic tend to detect communities with a narrow set of characteristics. In this paper, we present evidence for the differences in community characteristics. In addition, we present two new community finding algorithms that allow analysts to find community sets that are not only high quality but also germane to the characteristics that are desired

FPGAs

Los procesos de fabricación de dispositivos electrónicos han mejorado a una rata muy acelerada en los últimos años. Gracias a las mejoras en los procesos litográficos se han reducido los espesores de las líneas que constituyen el núcleo de los circuitos integrados. Ésto ha traído la posibilidad de diseñar y fabricar chips con una funcionalidad mucho más compleja

FPGAs

Los procesos de fabricación de dispositivos electrónicos han mejorado a una rata muy acelerada en los últimos años. Gracias a las mejoras en los procesos litográficos se han reducido los espesores de las líneas que constituyen el núcleo de los circuitos integrados. Ésto ha traído la posibilidad de diseñar y fabricar chips con una funcionalidad mucho más compleja

Una introducción al uso de Lapack

LAPACK (Linear Algebra Package) is a collection of FORTRAN 77 subroutines that are useful in the solution of the mathematical problems related to mathematical modeling and belonging to the field of numerical linear algebra. The LAPACK subroutines are based on simpler subroutines called BLAS (Basic Linear Algebra Subprograms). In these notes, we introduce LAPACK and numerical linear algebra, explain in detail the more common LAPACK subroutines, illustrate their use by selected examples and all the time we encourage the readers to use quality software available in the public domain.El software LAPACK (Linear Algebra Package) es una colección de subrutinas escritas en FORTRAN 77 que sirve para resolver los problemas matemáticos más comunes que surgen a partir del modelamiento matemático y que se enmarcan en el campo de álgebra lineal numérica. Las subrutinas de LAPACK se basan en unas subrutinas más sencillas que se conocen por la sigla BLAS (Basic Linear Algebra Subprograms). En estas notas, presentamos a LAPACK y al álgebra lineal numérica, destacamos las rutinas más comunes de LAPACK, ilustramos el uso de las rutinas con ejemplos seleccionados y todo lo hacemos en un tono motivador hacia el uso de software de calidad disponible en el dominio público

Algoritmos generales para simuladores de cirugía laparoscópica

Recent advances in fields such as modeling of deformable objects, haptic technologies, immersive technologies, computation capacity and virtual environments have created the conditions to offer novel and suitable training tools and learning methods in the medical area. One of these training tools is the virtual surgical simulator, which has no limitations of time or risk, unlike conventional methods of training. Moreover, these simulators allow for the quantitative evaluation of the surgeon performance, giving the possibility to create performance standards in order to define if the surgeon is well prepared to execute a determined surgical procedure on a real patient. This paper describes the development of a virtual simulator for laparoscopic surgery. The simulator allows the multimodal interaction between the surgeon and the surgical virtual environment using visual and haptic feedback devices. To make the experience of the surgeon closer to the real surgical environment a specific user interface was developed. Additionally in this paper we describe some implementations carried out to face typical challenges presented in surgical simulators related to the tradeoff between real-time performance and high realism; for instance, the deformation of soft tissues are simulated using a GPU (Graphics Processor Unit) -based implementation of the mass-spring model. In this case, we explain the algorithms developed taking into account the particular case of a cholecystectomy procedure in laparoscopic surgery.Recientes avances en áreas tales como modelación computacional de objetos deformables, tecnologías hápticas, tecnologías inmersivas, capacidad de procesamiento y ambiente virtuales han proporcionado las bases para el desarrollo de herramientas y métodos de aprendizaje confiables en el entrenamiento médico. Una de estas herramientas de entrenamiento son los simuladores quirúrgicos virtuales, los cuales no tienen limitaciones de tiempo o riesgos a diferencia de los métodos convencionales de entrenamiento. Además, dichos simuladores permiten una evaluación cuantitativa del desempeño del cirujano, dando la posibilidad de crear estándares de desempeño con el fin de definir en qué momento un cirujano está preparado para realizar un determinado procedimiento quirúrgico sobre un paciente. Este artículo describe el desarrollo de un simulador virtual para cirugía laparoscópica. Este simulador permite la interacción multimodal entre el cirujano y el ambiente virtual quirúrgico usando dispositivos de retroalimentación visual y háptica. Para hacer la experiencia del cirujano más cercana a la de una ambiente quirúrgico real se desarrolló una interfaz cirujano-simulador especial. Adicionalmente en este artículo se describen algunas implementaciones que solucionan los problemas típicos cuando se desarrolla un simulador quirúrgico, principalmente relacionados con lograr un desempeño en tiempo real mientras se sacrifica el nivel de realismo de la simulación: por ejemplo, la deformación de los tejidos blandos simulados usando una implementación del modelo masa-resorte en la unidad de procesamiento gráfico. En este caso se describen los algoritmos desarrollados tomando en cuenta la simulación de un procedimiento laparoscópico llamado colecistectomía

Graphics Processor Based Implementation of Bioinformatics Codes

We created a powerful computing platform based on video cards with the goal of accelerating the performance of bioinformatics codes. To satisfy the demands of the video gaming industry, modern graphics processing units (GPUs) have become very advanced computational devices, using a large set of stream processors to render multiple pixels in parallel. Recently, computer scientists have taken interest in a GPU\u27s ability to execute a single instruction on multiple data (SIMD computation) for general applications, as opposed to graphics processing only. This is known as general purpose computation on a graphics processing unit, or GPGPU. Our project was comprised of three stages. First, we researched and constructed a computer containing GPGPU-capable hardware including two high-end graphics cards. Second, we explored the hardware and software characteristics of the GPU cards to fully understand both how they function and how to program them. Third, we developed and wrote bioinformatics software; specifically a massively parallelized version of the Smith-Waterman algorithm, which is used for performing DNA and protein sequence alignment. We are currently in the final optimization and performance analysis stage of development

Procesamiento paralelo en EAFIT

El procesamiento paralelo se está convirtiendo en una tecnología necesaria para satisfacer las necesidades de cómputo de las entidades medianas y grandes en todo el mundo. Los microprocesadores se han convertido en bienes de consumo masivo y las empresas que los fabrican cuentan con presupuestos muy grandes para la investigación y el desarrollo de nuevos modelos

Procesamiento paralelo en EAFIT

El procesamiento paralelo se está convirtiendo en una tecnología necesaria para satisfacer las necesidades de cómputo de las entidades medianas y grandes en todo el mundo. Los microprocesadores se han convertido en bienes de consumo masivo y las empresas que los fabrican cuentan con presupuestos muy grandes para la investigación y el desarrollo de nuevos modelos

Community Finding within the Community Set Space

Community finding algorithms strive to find communities that have a higher connectivity within the communities than between them. Recently a framework called the community set space was introduced which provided a way to measure the quality of community sets. We present a new community finding algorithm, CHI, designed to minimize the violations defined by this framework. It will be shown that the CHI algorithm has similarities to means. It is flexible and fast and can also be tuned to find certain types of communities. It is optimized for the community set framework and results so that it performs better than other algorithms within that framework