tgoop.com/MathModels/1331
Last Update:
Квантовые расчеты для сложных молекул - путь к теоретической химии
Несмотря на то, что скоро будет столетие как человечеству известны основные законы микромира - уравнения квантовой механики, далеко продвинуться в теоретической химии так и не удалось - мы не может на основе квантовомеханических расчетов зная химическую формулу вещества рассчитать его химически и физические свойства и наоборот - рассчитать химическую формулу на основе заданных свойств. Проблема - огромный объем вычислений, требуемый даже для относительно простых молекул, с которым не справляются современные суперкомпьютеры.
Недавно были предложены решения, которые позволяют продвинуться в этой проблеме.
Учёные из Мичиганского университета разработали новый способ моделирования молекул с квантовой точностью, чтобы приблизиться к разгадке универсального обменно-корреляционного функционала (XC-функционала) — ключевого элемента теории функционала плотности (DFT), широко используемой в химии и материаловедении.
Теория функционала плотности позволяет моделировать поведение сотен атомов, отслеживая плотности электронов, а не каждый электрон по отдельности. Однако точность DFT ограничена тем, что XC-функционал приходится аппроксимировать, поскольку его универсальная форма до сих пор неизвестна. Это мешает достичь точности квантовых многотельных расчётов, которые, хоть и точны, требуют огромных вычислительных ресурсов.
Исследователи перевернули подход: они использовали квантовые многотельные расчёты для отдельных атомов и молекул, чтобы с помощью машинного обучения определить, какой XC-функционал даёт такие же результаты. Это позволило создать более точный функционал, чем ожидалось, даже при использовании ограниченного набора данных (литий, углерод, азот, кислород, неон, водород и гидрид лития).
Созданный функционал достиг точности, характерной для более сложных уровней DFT, несмотря на то, что использовался только второй «уровень лестницы» — градиент плотности электронов. Команда надеется применить подход к твёрдым телам и достичь ещё большей точности, включая орбитали электронов, что потребует ещё больше вычислительных ресурсов.
Зачем это нужно. Универсальный XC-функционал может применяться в самых разных областях — от разработки батарей и лекарств до создания квантовых компьютеров.
https://news.engin.umich.edu/2025/09/quantum-chemistry-making-key-simulation-approach-more-accurate/
BY Mathematical Models of the Real World
Share with your friend now:
tgoop.com/MathModels/1331