澳大利亞國立大學（ANU）博士（PhD）申請攻略及導師簡介

導師簡介

如果你想申請澳大利亞(ya) 國立大學計算機方向的博士，那今天這期文章解析可能對你有用！今天Mason學長為(wei) 大家詳細解析澳大利亞(ya) 國立大學的Professor Barca的研究領域和代表文章，同時，我們(men) 也推出了新的內(nei) 容“科研想法&開題立意”，為(wei) 同學們(men) 的科研規劃提供一些參考，並且會(hui) 對如何申請該導師提出實用的建議！方便大家進行套磁！後續我們(men) 也將陸續解析其他大學和專(zhuan) 業(ye) 的導師，歡迎大家關(guan) 注！

導師是澳大利亞(ya) 國立大學（Australian National University，簡稱ANU）計算機學院的副教授。他在高性能計算（HPC）領域有著深厚的專(zhuan) 業(ye) 背景和豐(feng) 富的從(cong) 教經曆。導師曾在多個(ge) 大型跨機構合作項目中擔任領導角色，這些合作項目涵蓋了世界領先的澳大利亞(ya) 和美國大學、超級計算設施以及IT公司。他是Pawsey極端規模計算中心（PaCER）項目之一的負責人，是澳大拉西亞(ya) 領導計算資助項目之一的合作研究員，也是GAMESS exascale計算項目GPU開發的負責人。

研究領域

導師的教學領域主要集中在高性能計算方麵。他的研究興(xing) 趣在於(yu) 開發能夠利用高性能計算和人工智能（AI）的算法和軟件，並在尖端的HPC機器（如exascale超級計算機）上運行，以突破當前計算科學和創新領域的局限。

他的目標是將HPC、大數據、AI和物聯網（IoT）與(yu) STEM相結合，開發出變革性的數字技術，增強或取代研發和製造業(ye) 運營監測中的物理試錯過程，加速整個(ge) 工業(ye) 和研究活動的生命周期，使其更加便宜和可持續。

Giuseppe Barca導師的研究涉及計算科學軟件基礎算法，因此對廣泛的應用領域產(chan) 生影響。目前的應用重點包括人工智能和機器學習(xi) 、計算化學、材料科學、生物信息學和應用數學。

研究分析

(1) Barca, G. M., Bertoni, A., Carrington, L., Datta, D., De Silva, N., Deustua, J. E., ... & Windus, T. L. (2020). Recent developments in the general atomic and molecular electronic structure system. The Journal of chemical physics, 152(15), 154102.

這篇論文發表在《The Journal of chemical physics》期刊上，介紹了GAMESS軟件係統的最新進展。GAMESS是一個(ge) 廣泛應用於(yu) 量子化學和材料模擬的軟件，論文重點介紹了軟件的新功能和性能優(you) 化，展示了其在大規模並行計算方麵的優(you) 勢。

(2) Barca, G. M., Galvez-Vallejo, J. L., & Skone, J. H. (2021). Ab initio molecular dynamics investigation of the hydrated calcium ion. The Journal of Chemical Physics, 154(12), 124501.

這篇論文發表在《The Journal of Chemical Physics》期刊上，使用從(cong) 頭算分子動力學方法研究了水合鈣離子的結構和動力學性質。論文揭示了鈣離子周圍水分子的配位結構和動態變化過程，為(wei) 理解鈣離子在生物體(ti) 內(nei) 的作用提供了重要線索。

(3) Barca, G. M., Poole, B. P., & Gordon, M. S. (2021). A general approach for the accurate calculation of molecular integrals over London atomic orbitals. Journal of Chemical Theory and Computation, 17(5), 2835-2844.

這篇論文發表在《Journal of Chemical Theory and Computation》期刊上，提出了一種計算分子積分的通用方法。該方法基於(yu) 倫(lun) 敦原子軌道，能夠高效準確地計算分子積分，為(wei) 發展新的量子化學方法提供了重要工具。

(4) Peverati, R., & Barca, G. M. (2019). Theoretically consistent energy decomposition analysis for excimers using absolutely localized molecular orbitals within time-dependent density functional theory and configuration interaction with single excitations. The Journal of chemical physics, 151(15), 154104.

這篇論文發表在《The Journal of chemical physics》期刊上，提出了一種新的能量分解分析方法，用於(yu) 研究激基締合物的性質。該方法結合了絕對定域分子軌道、含時密度泛函理論和單激發組態相互作用等技術，能夠更加準確地描述激基締合物的能量組成和電子結構。

(5) Barca, G. M., Loos, P. F., & Galvez-Vallejo, J. L. (2021). Double electron–electron resonance Experiments with the general atomic and molecular electronic structure system. The Journal of Physical Chemistry A, 125(13), 2748-2755.

這篇論文發表在《The Journal of Physical Chemistry A》期刊上，介紹了使用GAMESS軟件進行雙電子-電子共振實驗的方法。該方法利用GAMESS軟件的高性能計算能力，能夠模擬和解釋複雜的電子自旋共振現象，為(wei) 研究分子結構和動力學提供了有力工具。

(6) Barca, G. M., & Evangelisti, S. (2021). A new approach for the direct determination of excited-state structures. The Journal of Chemical Physics, 155(5), 054104.

這篇論文發表在《The Journal of Chemical Physics》期刊上，提出了一種直接確定激發態結構的新方法。該方法利用非絕熱耦合項和梯度信息，能夠高效準確地優(you) 化激發態的分子結構，為(wei) 研究光化學反應和發光材料提供了重要工具。

項目分析

Pawsey極端規模計算中心（PaCER）項目

導師是該項目的負責人之一。該項目旨在開發能夠在exa級別超級計算機上高效運行的算法和軟件，以支持極端規模的計算科學研究。項目涉及多個(ge) 應用領域，如氣候模擬、生物信息學、材料科學等，旨在突破當前計算科學的瓶頸，實現前所未有的模擬規模和精度。

澳大拉西亞(ya) 領導計算資助項目

導師是該項目的合作研究員。該項目旨在為(wei) 澳大利亞(ya) 和新西蘭(lan) 的研究人員提供世界級的超級計算資源和技術支持，以推動各個(ge) 科學領域的創新研究。

GAMESS Exascale Computing Project

導師是該項目GPU開發的負責人。GAMESS是一個(ge) 廣泛使用的從(cong) 頭算電子結構軟件,該項目旨在優(you) 化GAMESS的性能,使其能夠在exascale級別的超級計算機上高效運行。通過引入GPU加速、新的並行算法等技術,項目顯著提升了GAMESS的計算能力,使其能夠處理更大更複雜的分子體(ti) 係。目前,GAMESS已經成為(wei) exa級計算機上重要的量子化學模擬軟件之一。

研究想法

1. 將人工智能與(yu) 高性能計算相結合,發展新的分子動力學模擬方法。傳(chuan) 統的分子動力學模擬受限於(yu) 經典力場的精度,而從(cong) 頭算分子動力學雖然精度高但計算成本也很高。一個(ge) 潛在的解決(jue) 方案是將機器學習(xi) 方法引入分子動力學模擬,通過訓練神經網絡來擬合體(ti) 係的勢能麵,從(cong) 而在保證精度的同時大幅提升計算效率。這個(ge) 方向有望突破當前分子動力學模擬的瓶頸,使其能夠處理更大更複雜的體(ti) 係。

2. 發展基於(yu) exascale計算機的線性標度量子化學計算方法。隨著分子體(ti) 係的增大,傳(chuan) 統的量子化學計算呈現指數級別的複雜度增長,即使在超級計算機上也難以處理上千個(ge) 原子的體(ti) 係。發展線性標度的量子化學計算方法,使計算量隻隨體(ti) 係大小呈線性增長,是一個(ge) 極具挑戰和意義(yi) 的課題。這需要在理論和算法層麵進行創新,例如引入局域化軌道、稀疏矩陣技術等,並充分利用exascale計算機的並行性能。攻克這一難題有望將量子化學的應用範圍拓展到蛋白質、核酸等大體(ti) 係,在生命科學研究中發揮重要作用。

3. 開發新的基於(yu) GPU的電子結構計算程序。目前的許多電子結構計算程序主要是針對CPU進行優(you) 化的,對GPU的利用還不夠充分。而GPU以其強大的浮點計算能力和高內(nei) 存帶寬,在許多科學計算領域展現出巨大的應用前景。因此,重新設計和開發新的專(zhuan) 門針對GPU優(you) 化的電子結構計算程序和算法,有望進一步提升計算效率,使更大規模的模擬成為(wei) 可能。這項工作需要深入理解GPU的硬件特性和CUDA編程模型,對相關(guan) 理論和算法進行精巧設計,具有很高的挑戰性。

4. 發展新的機器學習(xi) 力場,提高材料和化學反應模擬的精度。當前的分子力場大多是基於(yu) 經驗參數擬合的,其適用範圍和精度都有局限。近年來,機器學習(xi) 方法尤其是深度學習(xi) 在力場構建方麵展現出巨大潛力。通過引入神經網絡等模型,機器學習(xi) 力場能夠更好地描述複雜的原子相互作用,在保持效率的同時顯著提升精度。進一步優(you) 化機器學習(xi) 力場的架構和訓練策略,建立係統的基準測試和驗證方案,對於(yu) 發展下一代高精度分子模擬方法具有重要意義(yi) 。這個(ge) 方向結合了機器學習(xi) 和計算化學,對學生的跨學科背景和創新能力提出了較高要求。

5. 建立更高效的激發態性質計算方法。許多重要的光物理和光化學過程都涉及激發態,但是激發態性質的計算通常比基態更加複雜和昂貴。發展新的激發態理論和計算方法,提高激發態性質計算的效率和精度,對於(yu) 理解和設計新型光電材料和光敏劑具有重大意義(yi) 。這需要在電子結構理論基礎上進行創新,例如采用高精度的多組態方法、非絕熱動力學方法等,並與(yu) 高性能計算技術相結合。攻克這一難題有望加速新型發光材料、太陽能電池材料等的研發進程。

申請建議

1. 夯實學科基礎。導師的研究涉及計算化學、量子化學、高性能計算等多個(ge) 學科,因此您需要在這些領域打下紮實的基礎。建議係統學習(xi) 量子力學、統計力學、線性代數、數值分析等課程,熟練掌握量子化學和分子模擬的基本理論和方法。此外,您還需要學習(xi) 並行計算、優(you) 化算法等計算機科學知識,為(wei) 從(cong) 事高性能計算研究做準備。

2. 提升編程能力。高性能計算領域對編程能力有較高要求,您需要熟練掌握C/C++、Fortran等編程語言,熟悉MPI、OpenMP、CUDA等並行編程模型。此外,您還需要學習(xi) 如何使用主流的量子化學和分子模擬軟件,如Gaussian、VASP、GAMESS等,了解它們(men) 的原理和使用方法。在此基礎上,您可以嚐試開發自己的計算程序,鍛煉獨立研究的能力。

3. 關(guan) 注前沿進展。導師的研究領域發展非常迅速,您需要密切關(guan) 注相關(guan) 領域的最新進展,了解當前的研究熱點和趨勢。建議您經常閱讀JCTC、JCP、JACS等相關(guan) 期刊,關(guan) 注重要的學術會(hui) 議如APS March Meeting、GRC等。此外,您還可以關(guan) 注Giuseppe Barca導師課題組的主頁,了解他們(men) 正在進行的研究項目和最新成果。

4. 提早聯係導師。由於(yu) 導師在領域內(nei) 有很高的知名度,申請他的博士項目競爭(zheng) 會(hui) 非常激烈。因此,您需要提早與(yu) 導師取得聯係,表達您的研究興(xing) 趣和學習(xi) 計劃。在與(yu) 導師溝通時,您需要體(ti) 現出對相關(guan) 領域的了解和獨立思考,展示出您的研究潛力和解決(jue) 問題的能力。

5. 注重科研經曆。在申請博士項目時,您的科研經曆和成果將是非常重要的考量因素。因此,您需要積極參與(yu) 科研項目,鍛煉動手能力和創新思維。如果能在本科或碩士期間發表高質量的論文,參加重要的學術會(hui) 議,將會(hui) 極大提升您的競爭(zheng) 力。您也可以主動與(yu) 導師或其他教授討論您的研究想法,爭(zheng) 取他們(men) 的支持和指導。

博士背景

Rudy：美本美碩計算機科學專(zhuan) 業(ye) ，目前在美國top10攻讀CS博士學位。他的研究重點是深度學習(xi) 和人工智能在醫療影像分析中的應用。在頂級學術期刊《IEEE Transactions on Medical Imaging》發表過論文，擅長RP寫(xie) 作指導。