Kacskovics Balázs[1,2] and Barta Dániel[1] (2023.2.13 - 8.15)

[1] Wigner Fizikai Kutatóközpont
[2] PTE Fizika Doktori Iskola Kivonat: Gyorsan-forgó kompakt csillagok egyensúlyi konfigurációit modellezzük különböző nukleáris, hybrid és kvark anyagot tartalmazó állapot egyenletekre (EOS). A jövőbeli vizsgálatainkban a impulzus nyomatékon felül a hőmérséklettől is függő EOS-t is használunk majd, hogy a hideg-anyagot tartalmazó EOS-k hatáskörét meghaladó kutatásokat végezhessünk. Továbbá, gyorsan forgó kompakt csillagok árapály Love-számát is számolni fogjuk, hogy ezáltal eredményeink a gravitációs-hullám megfigyelésekben is használhatóak legyenek. A fizikai paraméterek meghatározására a LORENE könyvtárat használjuk, amely multi-domain spektrális módszerekkel oldja meg numerikusan a 3+1 felbontását az Einstein egyenleteknek.

Ákos Gellért[1,2] , Oz Kilim[1] , Anikó Mentes[1] and István Csabai[1] (2023.02.15 - 2023.12.15)

[1] ELTE Department of Physics of Complex Systems
[2] ELKH Veterinary Medical Research Institute

Kivonat: The first recorded pandemic of the flu occurred in 1580 and since then, flu pandemics have occurred several times throughout history, with the most severe being the Spanish flu in 1918-1919 which killed millions of people worldwide. In the 20th century, significant progress was made in the understanding of the virus and the development of vaccines, which have greatly reduced the impact of flu pandemics. Despite this progress, the flu continues to be a major public health issue, with millions of cases reported each year and an annual death toll in the tens of thousands.

Hemagglutinin, a surface membrane protein of the Influenza virus plays an important role in the infection process of the virus, as it allows the virus to attach to and penetrate host cells. The flu vaccine is formulated each year based on which strains of the virus are predicted to be most prevalent, and it is designed to stimulate the body's immune response to the hemagglutinin protein on those strains. Many antigenic maps have been constructed this far, which reveal the relationships between different strains of a virus, specifically with regards to the way their antigens [1] (e.g., hemagglutinin) are recognized by the immune system. Experimental Influenza HA deep mutational data [2] are also available for the research community to explore the virus functions.

In this project, we aim to in silico combine antigenic maps and deep mutational scanning data to obtain a more comprehensive understanding of the evolution and functional properties of Influenza virus. For example, combining antigenic map data with deep mutational scanning data can provide information about how different mutations affect the ability of a virus to evade the immune response, as well as which regions of the virus are critical for this evasion. This information can be used to inform the design of vaccines and antiviral drugs that target specific regions of the virus that are critical for its function and evolution. We will use AlphaFold2 [3] and ESMFold2 [4] the fastest AI based and most reliable protein structure prediction applications in the world to generate single and/or multiple mutant structures of various Influenza HA protein.

[1] Antigenic map.
[2] Flu HA DMS..
[3] J. Jumper et al., “Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold,” Nat. 2021 5967873, vol. 596, no. 7873, pp. 583–589, Jul. 2021, doi: 10.1038/s41586-021-03819-2.
[4] ESMFold.

Bedőházi Zsolt[1,2] and Biricz András[1] (2023.02.13 - 05.15)

[1] ELTE Department of Complex Systems in Physics
[2] ELTE Doctoral School of Informatics

Kivonat: The application of deep learning in gigapixel whole slide image analysis has shown promising results in terms of accuracy and efficiency compared to traditional image analysis techniques. Transformer based models as the current state-of-the-art algorithms are designed to identify and classify various structures and patterns within the tissue, providing insights into the underlying pathology and helping in the diagnosis and treatment of diseases. We are currently working on multiple projects in this field including breast cancer stage prediction [1] and colorectal cancer detection [2].

Ágoston Kaposi (ELTE), Zoltán Kolarovszki (ELTE), Tamás Kozsik (ELTE), Zoltán Zimborás (Wigner FK) and Péter Rakyta (ELTE) (2022.05.01 - 2022.12.31)

Kivonat: Az ún. Torontonian függvény kiértékelése központi szerepet tölt be bozonikus mintavételezési folyamatok szimulálásában. Ebben a projektben egy újszerű algoritmust terveztünk a Torontonian függvény kiértékeléséhez, mellyel polinomiális gyorsulást értünk el az elérhető leghatékonyabb algoritmushoz képest. Numerikus eredményeink alapján algoritmusunk komplexitása N^1.0691 2^(N/2), ahol N a kiértékelendő mátrix méretét jelöli. Ugyancsak megmutattuk, hogy algoritmusunk kiterjeszthető nagy teljesítményű szamítógépekre, lehetőséget biztosítva 35-40 fotonnal történő bozonikus mintavételezés szimulálására.

Publikációk: Ágoston Kaposi, Zoltán Kolarovszki, Tamás Kozsik, Zoltán Zimborás, Péter Rakyta: Polynomial speedup in Torontonian calculation by a scalable recursive algorithm ArXiv:2109.04528

Emese Forgács-Dajka*, István Balla** (2021.05.01-2021.12.31)

* Eötvös Lorán Tudományegyetem, Csillagászati tanszék
** Solar Physics and Space Plasma Research Centre (SP2RC), Department of Applied Mathematics, The University of Sheffield

Kivonat: Munkánk során a részlegesen ionizált plazmában fellépő - mint pl. a a Nap légkörében megfigyelhető protuberanciák esete -, a környező mágneses térre ferde irányban terjedő lökéshullámok jellegét és tulajdonságait vizsgáljuk. Elsősorban a megfigyelésekkel is alátámasztott lökéshullámok elemzését szeretnénk elvégezni, így eredményeink magyarázatként szolgálhatnak a protuberanciákban megfigyelt fényes foltok terjedésére is (Lin és mktsai, 2012).

Az összenyomható, egyfolyadékos magnetohidrodinamikai (MHD) egyenletek megfelelő skálázási eljárásokkal redukálhatók a jól ismert Burgers-egyenletre, melynek együtthatói a lökéshullám terjedési szögétől, a plazma β-tól és a plazma ionizációs fokától függenek. Modellünk jól alkalmazható mind a lassú, mind a gyors magnetoakusztikus lökéshullámok vizsgálata során. A lökésfront esetén a standard ugrási feltételeket használva (gyenge szórást feltételezve) meghatározhatók a termodinamikai mennyiségek ugrása is, melyek már összehasonlíthatóak a megfigyelésekből származó adatokkal.

A Cole-Hopf transzformáció segítségével oldjuk meg a kapott egyenletet, amely tulajdonképpen egyenértékű egy diffuziós egyenlet kezdetérték problémával. A megoldás során megvizsgáljuk, hogy mennyi időre van szükség ahhoz, hogy a kezdetben Gauss-féle hullámprofil lökéshullámmá feljődjön, azaz a hullámfront vastagsága az ionok szabad úthosszának nagyságrendjébe essen.

Rakyta Péter (ELTE, Wigner FK), Gregory Morse (ELTE), Jakab Nádori (ELTE), Oskar Mencer (Maxeler Technologies), Zimborás Zoltán (Wigner FK) (2022.05.01 - 2022.12.31)

Publikáció: Highly optimized quantum circuits synthesized via data-flow engines

Kivonat: A kvantumprogramok minél kevesebb elemi művelettel történő implementálása fontos szerepet játszik abban, hogy értelmezhető eredményt olvassunk ki napjaink zajos kvantumprocesszoraiból. Ebben a projektben egy FPGA alapú kvantumszámítógép szimulátort terveztünk és használtunk fel arra, hogy kvantumprogramokat elemi műveletekre bontsunk fel optimalizáció alalpú kapufelbontó algoritmusunkkal, egészen 9 qubitig. Összehasonlítva eredményeinket a QISKIT csomaggal, az általunk előállított kvantumáramkörök átlagosan 97%-al kevesebb műveletet tartalmaztak, miközben az előállított kvantumáramkörök 10^-4 pontossággal közelítették meg az eredeti, felbontandó kvantumprogramot.

István Papp, Larissa Bravina, Mária Csete, Igor N. Mishustin, Dénes Molnár, Anton Motornenko, Leonid M. Satarov, Horst Stöcker, Daniel D. Strottman, András Szenes, Dávid Vass, Tamás S. Biró, László P. Csernai, Norbert Kroó (2022.07.01 - 2022.12.31)

Kivonat: A fosszilis tüzelőanyagoktól való függésünk az elmúlt évszázadban egyre inkább nőtt, és ma már alternatı́v energiaforrásokra lesz szükségünk. A lézeres fúzió ı́géretes lehetőség a tiszta és biztonságos energiatermeléshez. Az eddigi legsikeresebb konfiguráció indirekt begyújtást használ, a céltárgy közvetetten gyullad be a külső aranyhengerből származó Röntgen sugárzástól. Miután a céltárgy összenyomódik, Rayleigh-Taylor instabilitások alakulnak ki.

A Wigner Fizikai Kutatóközpontban működő kutatócsoporok egyike a Nanoplazmonikus Lézeres Fúzió Nemzeti Kutatólaboratórium (NAPLIFE) célja a fúzió esélyének javı́tása nagy teljesı́tményű rövid lézerimpulzusokkal és céltárgygyártással, ötvözve a nehézion-ütközések és az optika legújabb felfedezéseit [1]. Célunk a rezonáns arany nanoantennák felületi plazmonikus hatásának szimulációs vizsgálata különböző monomer közegekben. A monomer csak kísérleti célokat szolgál, bizonyítani a nanorudak hatékonyságát. A plazmonhatás létfontosságú a projekt számára, mivel ezekkel tudjuk majd befolyásolni a céltárgy abszorpciós tulajdonságait. Tanulmányozzuk a különböző monomer rétegek különböző arany nanorészecske sűrűséggel való szennyezésének viselkedését, figyelembevéve a plazmonok élettartamát egy kinetikus modell segítségével [2]. Az eredmények elengedhetetlenek lesznek jövőbeli kísérletek tervezéséhez az ELI-ALPS Szeged lézeres létesítményében.

[1] L.P Csernai, N. Kroo and I. Papp, Radiation dominated implosion with nanoplasmonics, Laser and Particle Beams, Volume 36, Issue 2, June 2018 , pp. 171-178

[2] I. Papp, L. Bravina, M. Csete, et al., Kinetic model evaluation of the resilience of plasmonic nanoantennas for laser-induced fusion, PRX Energy, Vol. 1, Iss. 2 (2022)