Я разработчик программного обеспечения, заинтересованный в изучении квантовой механики для моделирования химии. Я знаю, что это очень сложная тема, поэтому я считаю это долгосрочной целью «когда-нибудь/может быть», и я не уверен, что это вообще возможно.
Я прослушал несколько видеолекций на вводных курсах QM, таких как видеоролики Сасскинда и Бранта Карлсона на YouTube , и содержание до сих пор кажется далеким от вычислительной «химии» таких вещей, как форма электронной орбиты или энергия связи.
Можно ли смоделировать эволюцию во времени чего-то «простого», например, сталкивающихся и реагирующих молекул в: ? Я имею в виду моделирование из первых принципов - чистая квантовая механика без каких-либо оценок типа "представь, что этот атом - масса на пружине" и т.д.
Если возможно, каков примерный план курсов колледжа, необходимых для перехода из точки А в точку Б — от введения в квантовую механику до понимания, необходимого для написания кода для этой симуляции? (Может быть, дело не столько в физике, сколько в хитрых вычислительных методах оценки решений уравнений?)
Да, это возможно. Работа с чистой квантовой механикой означает, что вам нужно будет решить уравнение Шредингера для многих тел, которое не имеет точного решения, поэтому некоторые приближения должны быть выполнены численно. Различные подходы к решению этих уравнений породили разные численные методы, и некоторые методы более эффективны для решения конкретных задач, таких как упомянутый вами.
Вы можете поискать термины: Ab initio, методы первых принципов, вычислительная химия, теория функционала плотности. Я даже видел несколько специальных курсов на YouTube.
Некоторые популярные программы, используемые в этой области: Gaussian, VASP, GAMESS, DMol, Quantum Espresso.
Да, это возможно — я изучал это в бакалавриате. Я бы сказал, что предпосылками являются, вероятно, несколько семестров квантовой механики — достаточно, чтобы изучить такие понятия, как приближения Борна-Оппенгеймера, теория возмущений и теория углового момента. Курс, специально посвященный атомной и молекулярной физике, также не помешал бы.
Как вы говорите, и как указывается в комментарии, вычислительные требования для точного решения уравнения Шредингера даже для чего-то сравнительно простого могут быть огромными. При попытке решить эту проблему требуется много вычислительных усилий, и для чего-то столь же большого, как то, что вы предлагаете, я сомневаюсь, что вы увидите лечение «точное из первых принципов»; приближения, вероятно, входят в него. (Моя числовая работа в старшей школе занимала несколько дней для таких реакций, как F + H2.)
Ключевое слово — «реактивное рассеяние» — процесс столкновения двух молекул с последующим возникновением другой конфигурации. Это похоже на приличный обзорный документ, если вы можете получить к нему доступ.
Другие ответы касаются уже существующего программного обеспечения и касаются того, сколько времени могут занять «чистые» вычисления ab inito (из первых принципов). Примечание: для интересных систем используются суперкомпьютеры (моя группа, как доступ к одному, рекомендовала бы)
Наиболее важные классы, которые нужно пройти, если вы хотите написать свой собственный код (я предполагаю, что вы знаете, как кодировать):
Линейная алгебра — 99% всей квантовой химии — это матричная математика.
Физическая химия - убедитесь, что вы понимаете основные концепции
Квантовая физика/химия — любой из них определенно окажется на расстоянии крика от способности кодировать — но основное внимание будет уделяться точному ответу, который мы получаем для водорода, а не кодированию современных методов.
Если вам нужен курс, который на самом деле научит вас кодировать современные методы, вам, вероятно, придется пойти в школу, которая является специализированным центром квантовой химии, или физический факультет, который разветвляется на химию.
Примеры названий занятий: «Продвинутая квантовая химия», «За пределами Хартри-Фока» или «Парные кластерные методы».
Если вам интересно поиграть с пакетом квантовой химии, вы можете скачать его с github: Psi4 — написан на C++ и python с интерфейсом python для ввода.
enumaris
пользователь137289
Кит МакКлэри
Том Коллиндж
Костас