ETH-News

Forschenden der ETH Z¨¹rich ist es gelungen, Ionen mittels statischen elektrischen und magnetischen Feldern einzufangen und an ihnen Quantenoperationen durchzuf¨¹hren. In Zukunft k?nnten mit solchen Fallen Quantencomputer mit deutlich mehr Quantenbits als bisher realisiert werden.

Realit?tsnahe Simulationen zeigen, wie sich Samen- und Eizelle aneinanderkoppeln, bevor sie verschmelzen. Dadurch gelang es Forscherinnen der ETH Z¨¹rich, gleich mehrere R?tsel der Befruchtung zu l?sen. Dies k?nnte helfen, Unfruchtbarkeit gezielter zu behandeln.

Gemeinsam mit Partnern lancieren das Eidgen?ssische Departement f¨¹r ausw?rtige Angelegenheiten (EDA) und die ETH Z¨¹rich am WEF 2024 in Davos das ?International Computation and AI Network? (ICAIN). Ziel ist es, KI-Technologien zu entwickeln, die einen gesamtgesellschaftlichen Nutzen haben, f¨¹r alle verf¨¹gbar und nachhaltig sind und so dabei helfen, die globale Ungleichheit zu reduzieren.

Die ETH Z¨¹rich und die EPFL lancieren die ?Swiss AI?-Initiative mit dem Ziel, die Schweiz als weltweit f¨¹hrenden Standort f¨¹r die Entwicklung und Nutzung einer transparenten und vertrauensw¨¹rdigen K¨¹nstlichen Intelligenz zu positionieren. Der neue Supercomputer ?Alps? am CSCS bietet dazu die Infrastruktur auf Weltklasseniveau.

Der Mathematiker Siddhartha Mishra gewinnt den diesj?hrigen R?ssler-Preis f¨¹r seine Forschung ¨¹ber L?sungen f¨¹r hochkomplexe Str?mungs- und Wellenph?nomene. Gew¨¹rdigt wird er f¨¹r seine Beitr?ge zu schnelleren und pr?ziseren Vorhersagen zu Wetter, Klima und Tsunamis und zu den Computersimulationen, die sie erm?glichen.

Theoretisch sind Quantencomputer den klassischen Computern in der Rechengeschwindigkeit weit ¨¹berlegen. Damit sie in der Praxis tats?chlich schneller rechnen, braucht es mehr Hochgeschwindigkeitsalgorithmen, sagt der ETH-Supercomputing-Spezialist Torsten Hoefler.

Es muss nicht ein Hurrikan oder ein Tsunami sein ¨C selbst ein d¨¹nner Wasserstrahl im Waschbecken l?st eine physikalische Schockwelle aus. Nun hat der ETH-Mathematiker Siddhartha Mishra auf dem Supercomputer ?Piz Daint? am Schweizerischen Nationalen Hochleistungsrechenzentrum CSCS einen Weg gefunden, die Schwierigkeiten beim Simulieren stark turbulenter Str?mungen zu ¨¹berwinden.

Der Begriff ?Hochleistungsrechner? birgt hohen Energiebedarf bereits in sich ¨C hohe Leistung braucht entsprechend Energie. Energieeffizienz ist bei der Beschaffung und Nutzung der Rechner am Nationalen Hochleistungsrechenzentrums der Schweiz (CSCS) deshalb ein zentrales Thema ¨C wie bereits bei der Planung des Neubaus in Lugano vor mehr als einem Jahrzehnt.

F¨¹r seine Pionierarbeit auf dem Gebiet der Datenverarbeitungssysteme und Supercomputer, wird ETH-Professor Torsten Hoefler mit dem Sidney Fernbach Memorial Award geehrt. Die von Torsten Hoefler und seinem Team entwickelten Konzepte und die entsprechende Software werden heute von Zehntausenden von Wissenschaftlern genutzt, um umfangreiche wissenschaftliche Simulationen und Systeme k¨¹nstlicher Intelligenz zu betreiben.

Ob auf dem Cappuccino oder in Wasserf?llen, Schaum ist allgegenw?rtig. Sch?ume realit?tsnah mit einem Supercomputer zu simulieren, war bis anhin nahezu unm?glich. Ein von der Forschungsgruppe von ETH- und Harvard-Professor Petros Koumoutsakos weiterentwickeltes Verfahren kann die H¨¹rden nun ¨¹berwinden.

Neuronale Netze erf¨¹llen viele Aufgaben besser als herk?mmliche Algorithmen und manches k?nnen nur sie allein. Allerdings kostet deren Training enorm viel Rechenzeit und Geld. Dank ETH Forschenden kann dieses Training beschleunigt werden - gute Nachrichten f¨¹r k¨¹nftige Nutzer*innen des Supercomputers ?Alps? am CSCS.

Forschenden der ETH Z¨¹rich ist es erstmals gelungen, Fehler in digitalen Quantensystemen fortlaufend und schnell zu korrigieren. Damit haben sie eine wichtige H¨¹rde hin zu einem praxistauglichen Quantencomputer ¨¹berwunden.

Starkregen und Hochwasser haben das Wetter in den vergangenen Wochen gepr?gt. Um diese Wetterereignisse genauer vorherzusagen und zusammen mit dem globalen Klimawandel besser zu verstehen, entwickelt die ETH Z¨¹rich mit Partnern eine neue Generation von hochaufgel?sten Wetter- und Klimamodellen.

Dass CO₂ die Erde erw?rmt, wissen wir bereits. Wollen wir jedoch den Wandel verstehen und Risiken vermeiden, sind sch?rfere Wetter- und Klimamodelle unabdingbar, sagt Nicolas Gruber.

Die Materialtheoretikerin Chiara Gattinoni erforscht mit dem Supercomputer ?Piz Daint? am CSCS eine spezielle Klasse von Materialien: die Ferroelektrika. Diese Materialien k?nnten k¨¹nftig das Herzst¨¹ck von energiesparenden, miniaturisierten Datenspeichern in elektrischen Ger?ten sein. Eines der von der ETH-Forscherin analysierten Ferroelektrika ist ihrer Meinung nach geradezu magisch.

Die Quantencomputer der Zukunft sollen nicht nur superschnell rechnen, sondern auch zuverl?ssig. Noch ist das eine grosse Herausforderung. Nun haben Informatiker unter dem Lead der ETH Z¨¹rich erste Schritte in Richtung zuverl?ssiges Quanten-Maschinenlernen gemacht.

Der Flaggschiff-Supercomputer des CSCS, ?Piz Daint?, muss ersetzt werden. Die Installation des Nachfolgerechners ?Alps? erfolgt in drei Phasen und wird 2023 abgeschlossen sein. Warum der neue Rechner so speziell ist, erl?utert CSCS-Direktor Thomas Schulthess im Interview.

Ein digitaler Zwilling der Erde soll k¨¹nftig das Erdsystem simulieren. Er k?nnte die Politik dabei unterst¨¹tzen, geeignete Massnahmen zum Schutz vor Extremereignissen zu treffen. Ein Strategiepapier von europ?ischen Forschenden und ETH-Informatikern zeigt, wie das zu erreichen ist.

Ein interdisziplin?res Forschungsteam der ETH Z¨¹rich entwickelt in einem vom Bundesamt f¨¹r Energie (BFE) unterst¨¹tzten Projekt die Modellierungsplattform ?Nexus-e?. Sie erlaubt es, den Einfluss von technologischen, wirtschaftlichen sowie regulatorischen Entwicklungen auf das Energiesystem der Zukunft zu analysieren.

Erstmals ist es Forschern der ETH Z¨¹rich gelungen, die Modellierung von Turbulenzen zu automatisieren. Ihr Projekt verbindet Reinforcement Learning-Algorithmen mit turbulenten Str?mungssimulationen auf dem CSCS-Supercomputer ?Piz Daint?.

Ein Forschungsteam der ETH Z¨¹rich hat mit Simulationen auf dem CSCS-Supercomputer "Piz Daint" untersucht, wie sich Alterungsmechanismen von Russpartikeln in der Atmosph?re auf die Wolkenbildung auswirken. Die Ergebnisse zeigen, dass Russalterung die Wolkenbildung und somit das Klima ver?ndert.

Seit der Entdeckung von Graphen stehen zweidimensionale Materialien im Fokus der Materialforschung. Mit ihnen liessen sich unter anderem winzige, leistungsstarke Transistoren bauen. Forscher der ETH Z¨¹rich und der EPF Lausanne haben nun aus 100 m?glichen Materialien 13 vielversprechende Kandidaten entdeckt.

Forschende des Schweizerischen Erdbebendienstes SED und der ETH Z¨¹rich entwickeln zusammen mit dem Nationalen Hochleistungsrechenzentrum der Schweiz CSCS und der Universit¨¤ della Svizzera italiana USI ein Verfahren, das Geothermie mithilfe von Supercomputern sicherer machen soll.

ETH-Forschende haben die erste theoretische Erkl?rung daf¨¹r geliefert, wie elektrischer Strom in Halbleitern aus Nanokristallen geleitet wird. Dadurch k?nnten in Zukunft neue Sensoren, Laser oder LEDs f¨¹r Bildschirme entwickelt werden.

Zwei Forschungsgruppen der ETH Z¨¹rich entwickelten eine Methode, die realit?tsnah, schnell und effizient elektronische Nanobauteile und deren Eigenschaften simuliert. F¨¹r die Industrie und Rechenzentrumsbetreiber ein Lichtblick. Gestern erhielten die Forscher f¨¹r ihre Leistung den Gordon Bell Prize f¨¹r Supercomputing.

Nepal wurde 2015 von einem Beben der Magnitude 7,8 heimgesucht. Doch dem Land k?nnten noch weitaus st?rkere Erdbeben drohen. Das schliessen ETH-Forscher aus Simulationen mit einem neuen Modell, welches die Vorg?nge in der Bruchzone zwischen der Eurasischen und der Indischen Platte abbildet.

ETH-Technik, die zum Mars flog, Badeenten, die von selbstfahrenden Taxis durch Duckietown man?vriert wurden und Leberflecken, welche vor Tumoren warnen ¨C das ETH-Jahr 2018 wurde gepr?gt durch Einfallsreichtum und grossartige Forschungsleistungen. Ein R¨¹ckblick.

Astrophysiker von Universit?t und ETH Z¨¹rich zeigen, wie die Eismonde von Uranus entstanden sind. Ihr Ergebnis deutet darauf hin, dass solche potenziell bewohnbaren Welten im Universum viel h?ufiger vorkommen, als bisher angenommen. ?

Ein internationales Forscherteam rekonstruiert mit einem Computermodell die Geschichte der Vergletscherung der Alpen und macht sie in einer zweimin¨¹tigen Computeranimation sichtbar. Die Simulation soll helfen, die Mechanismen der Vergletscherung besser zu verstehen.

Mitte 2017 lancierte die Europ?ische Kommission ein Flaggschiff-Projekt im Bereich Quantentechnologie. Das ?Quantum Flagship? ist nach dem ?Human Brain Project? und dem ?Graphene Flagship? das dritte grosse Forschungsprogramm, mit dem die EU besonders zukunftsweisende Technologien in Europa f?rdert (Future and Emgerging Technologies). Unter den nun ausgew?hlten Teilprojekten finden sich sechs mit ETH-Beteiligung.

Siddhartha Mishra gewinnt den ICIAM-Collatz-Preis 2019, einer der renommiertesten Preise f¨¹r angewandte Mathematik.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler k?nnen ¨¹ber Details oft hitzig und lange debattieren. Zum Beispiel dar¨¹ber, ob und wie sich Atome in einem Kristall beim Erw?rmen verschieben und damit die Symmetrie ver?ndern. F¨¹r das Mineral Bleitellurid l?sten nun ETH-Forschende mit Simulationen auf dem CSCS-Supercomputer ?Piz Daint? ein lang debattiertes Problem.

Lawinen, Tsunamis, Sonnenst¨¹rme. Unstabile und turbulente Str?mungen fesseln Siddhartha Mishra. Um ihre gemeinsamen Ursachen zu verstehen, verbindet er Mathematik mit wissenschaftlichem Computing. Dabei helfen ihm die Gleichungen, die der Schweizer Leonhard Euler als erster aufschrieb.

Forscher der ETH Z¨¹rich kl?ren die bisher ungel?ste Frage, ob Fischschulen Energie sparen. Dies gelang ihnen, indem sie die komplexen physikalischen Str?mungssysteme detailliert auf dem Supercomputer ?Piz Daint? simulierten und mit einem Algorithmus des Verst?rkenden Lernens (Reinforcement Learning) kombinierten.

Wie mithilfe von Berechnungen des Supercomputers Piz Daint am CSCS die Insight-Mission auf dem Mars vorbereitet worden ist.

ETH-Professor Petros Koumoutsakos wollte eigentlich eine Karriere bei den Vereinten Nationen machen. Heute ist er einer der weltweit f¨¹hrenden Forscher im Bereich der Fluiddynamik, der Simulation von Str?mungsprozessen mit Hilfe von Supercomputern.

Nach einem umfassenden Ausbau der Hardware Ende letzten Jahres ist der CSCS-Supercomputer ?Piz Daint? heute der leistungsst?rkste Grossrechner ausserhalb Asiens. Mit einer Spitzenleistung von ¨¹ber 20 Petaflops erm?glicht er zukunftsweisende Forschung in der Schweiz und in Europa.

Von ?Star Trek? inspiriert interessiert sich Judit Szul¨¢gyi seit ihrer Kindheit f¨¹r Planeten und Galaxien. Heute geh?rt die ETH-Astrophysikerin laut Forbes in Europa zu den 30 einflussreichsten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter 30 Jahren. Im Video erz?hlt sie, wie sie mit Computersimulationen die Entstehung von Riesenplaneten erforscht und warum sie diesen Weg ¨¹berhaupt eingeschlagen hat.

Das Erdmagnetfeld wechselte im Laufe der Erdgeschichte hunderte Male seine Richtung. Was die Umkehrung verursacht, ist bis heute unklar. 4 Millionen CPU Stunden Simulationen auf Piz Daint am CSCS liefern neue Hinweise. Demnach k?nnten sogenannte Dynamo-Wellen eine Rolle spielen.

Junge Planeten werden aus Gas und Staub gebildet. Um herauszufinden, was bei ihrer Geburt genau passiert, simulierten Forschende der ETH Z¨¹rich sowie der Universit?ten von Z¨¹rich und Bern unterschiedliche Szenarien am Schweizer Supercomputerzentrum (CSCS). ?

Das Nationale Hochleistungsrechenzentrum CSCS in Lugano feiert diese Woche sein 25-j?hriges Bestehen. Von Anfang an mit von der Partie war der ETH-Klimaforscher Christoph Sch?r. Er zeichnet nach, wie sich das Hochleistungsrechnen in dieser Zeit entwickelt hat.

Warum interessieren sich Vulkanologen f¨¹r Dampfblasen? Weil sich diese in einer Magmakammer unter einem Vulkan anreichern und ihn f¨¹r einen Ausbruch scharf machen. Forscher der ETH Z¨¹rich und des Georgia Institute of Technology haben nun herausgefunden, wie sich Blasen in der Magma anreichern k?nnen.

Die Hardware des Supercomputers ?Piz Daint? wird erneuert. Dadurch soll die Rechnenleistung mindestens verdoppelt werden. Damit Forschende k¨¹nftig Simulationen, Datenanalysen und Visualisierungen noch effizienter durchf¨¹hren k?nnen, investiert die ETH Z¨¹rich rund 40 Millionen Franken.

Herausragende Leistungen im Hochleistungsrechnen werden allj?hrlich an der Konferenz Supercomputing (SC) mit dem Gordon Bell Preis ausgezeichnet. Dieses Jahr waren erstmals gleich zwei Forschungsgruppen der ETH Z¨¹rich auf der Liste der f¨¹nf Finalisten.

Der Informatiker Torsten H?fler erh?lt den diesj?hrigen Latsis-Preis der ETH Z¨¹rich. Sein Scalable Parallel Computing Laboratory ist eines der wenigen, das im Hochleistungsrechnen Theorie und Anwendung verbindet. Obwohl ihn Mentoren vorerst davor warnten, diese beiden Aspekte zu vereinen, hat er genau damit nun grossen Erfolg.

In unserem letzten Beitrag schlugen wir einen Bogen von den theoretischen Anf?ngen der Wetterberechnung zur modernen Klimamodellierung auf massiv-parallelen Computersystemen. Dieser Folgeartikel dreht sich um Klimamodelle und die grundlegende Frage: Wie k?nnen wir die sich laufend ver?ndernde Atmosph?re simulieren?

Seit jeher hegt der Mensch den Wunsch, das Wetter vorhersagen zu k?nnen. Mit etwas Erfahrung im Deuten von Wetterzeichen konnte man zwar schon immer kurzfristige Vorhersagen machen. Wetterprognosen f¨¹r mehrere Tage ¨C und Simulationen des k¨¹nftigen Klimas ¨C sind jedoch erst seit wenigen Jahrzehnten m?glich.

Der ETH-Rat hat auf Antrag von ETH-Pr?sident Lino Guzzella eine Professorin und f¨¹nf Professoren an der ETH Z¨¹rich ernannt und einen Professorentitel verliehen.

Der ETH-Rat hat an seiner Sitzung vom 20. und 21. Mai 2015 gem?ss den Antr?gen des Pr?sidenten der ETH Z¨¹rich, Lino Guzzella, zw?lf Professorinnen und Professoren an der ETH Z¨¹rich ernannt.

Mit einem speziellen Computerprogramm k?nnen Forscher der ETH Z¨¹rich elektronische Nanobauteile simulieren. Sie unterst¨¹tzen damit die Materialwissenschaft und Industrie in Entwicklung und Produktion.

Hagel, Gewitter, Starkniederschl?ge. Diese Extremereignisse nehmen vermutlich im Zuge einer globalen Erw?rmung zu. Mehr Sicherheit in die Projektionen bringen nun hochaufl?sende Simulationen von Forschern der ETH Z¨¹rich auf den Supercomputern des CSCS.

Ein mondgrosser Himmelsk?rper, der in den S¨¹dpol einschlug: ETH-Forscher zeigen mit einer Simulation auf, weshalb der Mars aus zwei dermassen unterschiedlichen Halbkugeln besteht.

Uran-Isotope hinterlassen in Vulkangesteinen einen eindeutigen ?Fingerabdruck?, mit dem sich das Alter und die Herkunft dieser Gesteine bestimmen l?sst. Geologinnen und Geologen haben nun anhand dieser Uran-Isotope neue Erkenntnisse dar¨¹ber gewonnen, wie das Recycling von Erdkruste vor sich geht.

Im Mai hat die Schulleitung der Weiterentwicklung des Hochleistungsrechnens am CSCS zugestimmt. Ein neuer Rechner wird von der Universit?t Z¨¹rich mitgetragen. Die ETH Z¨¹rich ist bereit, gr?ssere Rechnerressourcen aller universit?ren Hochschulen und Fachhochschulen der Schweiz im CSCS unterzubringen.

Neuer Weltrekord f¨¹r Fluid-Dynamik-Simulationen: Ein Team von Computerwissenschaftlern unter Federf¨¹hrung der ETH Z¨¹rich simulierte den Kollaps von Bl?schen in einer Kavitationswolke und erreichten dabei eine bisher unerreichte Aufl?sung und Rechenleistung.