Real-time path integral methodology for condensed-phase quantum dynamics

凝聚相量子动力学的实时路径积分方法

基本信息

  • 批准号:
    1955302
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 51万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-08-01 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Nancy Makri of the University of Illinois is supported by an award from the Chemical Theory, Models and Computational Methods program in the Division of Chemistry to develop accurate computational methods for studying proton, electron, and energy transfer processes in chemical and biological systems. These transfer processes play a vital role in living organisms, as well as in energy production and storage. Reactions involving light particles and energy transfer are dominated by quantum mechanical effects. These effects are based on the idea that elementary particles (protons, electrons, etc.) also behave as waves and thus, have mathematical interpretations of their structure and interactions with other matter. Quantum mechanical effects cannot be modeled correctly using classical treatments. Professor Makri and her coworkers design new theoretical and computational approaches for circumventing this problem; their approaches produce more accurate and efficient simulation algorithms. The resulting software may aid in the interpretation of experimental results. The new software enhances the learning experience in the classroom by augmenting the visualization ability offered by classical simulations. The project offers graduate students and a postdoctoral researchers opportunities to receive training in quantum dynamics, mastering state-of-the-art theoretical ideas and simulation tools. The traditional formulation of quantum mechanics is based on wave functions, which require array storage that far exceeds current computer capabilities. Makri’s approach is based on the fully quantum mechanical path integral formulation while the influence of thousands of solvent or protein atoms on the dynamics of the quantum system of interest is captured through classical trajectories. The real-time path integral methods developed by Makri’s group are free of assumptions and uncontrolled approximations, leading to highly accurate results. In the case where the effects of the environment are described in terms of a harmonic bath, Makri’s work may extend the capabilities of simulation algorithms to systems with long memory and multiple states.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
伊利诺伊大学的南希·马克里(Nancy Makri)获得了化学系化学理论,模型和计算方法项目的奖项,以开发精确的计算方法,用于研究化学和生物系统中的质子,电子和能量转移过程。 这些转移过程在生物体以及能量生产和储存中起着至关重要的作用。 涉及光粒子和能量转移的反应由量子力学效应主导。 这些效应是基于基本粒子(质子、电子等)也表现为波,因此对它们的结构和与其他物质的相互作用有数学解释。 量子力学效应不能正确地使用经典的处理方法来建模。Makri教授和她的同事们设计了新的理论和计算方法来规避这个问题;他们的方法产生了更准确和有效的模拟算法。 由此产生的软件可能有助于解释实验结果。 新软件通过增强经典模拟提供的可视化能力来增强课堂学习体验。 该项目为研究生和博士后研究人员提供接受量子动力学培训的机会,掌握最先进的理论思想和模拟工具。量子力学的传统公式是基于波函数的,这需要远远超过当前计算机能力的阵列存储。 Makri的方法基于完全量子力学路径积分公式,而成千上万的溶剂或蛋白质原子对感兴趣的量子系统的动力学的影响是通过经典轨迹捕获的。 Makri小组开发的实时路径积分方法没有假设和不受控制的近似,从而获得高度准确的结果。 在环境的影响被描述为谐波浴的情况下,Makri的工作可以将仿真算法的能力扩展到具有长记忆和多状态的系统。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Small Matrix Path Integral for Driven Dissipative Dynamics
用于驱动耗散动力学的小矩阵路径积分
Excitation Energy Transfer in Bias-Free Dendrimers: Eigenstate Structure, Thermodynamics, and Quantum Evolution
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.2c02460
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Reshmi Dani;N. Makri
  • 通讯作者:
    Reshmi Dani;N. Makri
Topological aspects of system-bath Hamiltonians and a vector model for multisite systems coupled to local, correlated, or common baths
系统浴哈密顿量的拓扑方面以及与本地、相关或公共浴耦合的多站点系统的矢量模型
Small Matrix Decomposition of Feynman Path Amplitudes
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Quantum State-to-State Rates for Multistate Processes from Coherences
来自相干性的多状态过程的量子状态到状态速率
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  • 通讯作者:
    Nancy Makri

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知道了