Soy un desarrollador de software interesado en aprender mecánica cuántica para simular química. Sé que es un tema muy difícil, así que lo considero una meta a largo plazo de "algún día/quizás", y no estoy seguro de que sea posible.
Escuché algunas conferencias en video en cursos introductorios de QM como los videos de youtube de Susskind y Brant Carlson , y el contenido hasta ahora parece muy alejado de la computación de cosas de "química" como formas orbitales de electrones o energías de enlace.
¿Es posible simular la evolución temporal de algo "simple" como las moléculas que chocan y reaccionan en: ? Me refiero a simular desde los primeros principios: mecánica cuántica pura sin estimaciones como "pretender que este átomo es una masa en un resorte", etc.
Si es posible, ¿cuál es un resumen aproximado de los cursos universitarios necesarios para ir del punto A al B, desde la introducción a la mecánica cuántica hasta la comprensión necesaria para escribir código para esa simulación? (¿Tal vez se trata menos de la física y más de técnicas computacionales complicadas para estimar soluciones a ecuaciones?)
Sí, es posible. Trabajar con mecánica cuántica pura significa que deberá resolver la ecuación de Schrödinger de muchos cuerpos, que no tiene una solución exacta, por lo que se debe realizar una aproximación numérica. Diferentes enfoques para resolver estas ecuaciones dieron origen a diferentes métodos numéricos, y algunos métodos son más eficientes para resolver problemas específicos, como el que mencionaste.
Es posible que desee buscar los términos: ab initio, métodos de los primeros principios, química computacional, teoría funcional de la densidad. Incluso he visto algunos cursos dedicados en youtube.
Algunos software populares utilizados en este campo son: Gaussian, VASP, GAMESS, DMol, Quantum Espresso.
Sí, esto es posible. De hecho, solía estudiarlo en la licenciatura. Diría que los requisitos previos son probablemente unos pocos semestres de mecánica cuántica, lo suficiente para aprender conceptos como las aproximaciones de Born-Oppenheimer, la teoría de perturbaciones y la teoría del momento angular. Un curso específico de física atómica y molecular también ayudaría.
Como usted dice, y como señala un comentario, los requisitos computacionales para la solución exacta de la ecuación de Schrödinger incluso para algo comparativamente simple pueden ser inmensos. Hay mucho esfuerzo computacional para tratar de simplificar este problema, y para algo tan grande como lo que propone, dudo que vea un tratamiento "exacto desde los primeros principios"; las aproximaciones probablemente lo introduzcan. (Mi trabajo numérico en la licenciatura tardaría días en ejecutarse, para reacciones como F + H2).
La palabra clave es "dispersión reactiva": el proceso de dos moléculas que chocan y luego emerge una configuración diferente. Este parece un artículo de revisión decente, si puede acceder a él.
Las otras respuestas se relacionan con el software que ya existe y con el tiempo que pueden tomar los cálculos "puros" ab inito (de los primeros directores). Nota: para sistemas interesantes se usan supercomputadoras (mi grupo como acceso a una, lo recomendaría)
Las clases más importantes que debe tomar si desea escribir su propio código (supongo que sabe codificar):
Álgebra lineal: el 99% de toda la química cuántica es matemática matricial
Química física: asegúrese de comprender los conceptos subyacentes
Física/Química cuántica: cualquiera de los dos definitivamente llegará a la distancia de gritar para poder codificar, pero el enfoque estará en la respuesta exacta que obtendremos para el hidrógeno que no codifica los métodos modernos.
Si desea un curso que realmente le enseñe cómo codificar los métodos modernos, probablemente tendrá que ir a una escuela que sea un centro enfocado en Química Cuántica o un departamento de Física que se esté ramificando en química.
Ejemplos de títulos de clases: Química cuántica avanzada, 'Más allá de Hartree-Fock' o Métodos de agrupamiento de parejas
Si tiene interés en jugar con un paquete de química cuántica, puede descargarlo de github: Psi4: escrito en C++ y python con una interfaz de python para la entrada
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Keith McClary
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