ديناميكيات الكم الكلاسيكية المختلطة

تم تطوير أساليب ديناميكيات الكم الكلاسيكية المختلطة لتقليل عبء هذه المحاكاة من خلال الاستفادة من حقيقة أن الديناميات النووية قريبة من الكلاسيكية، حيث تسمح معالجة النوى بشكل كلاسيكي بمحاكاة النظام الجزيئي بأبعاد كاملة، إذ يعتمد تأثير الافتراضات الأساسية على كل طريقة معينة من طرق ديناميكا الكم الكلاسيكية المختلطة.

ما هي ديناميكيات الكم الكلاسيكية المختلطة

ديناميكيات الكم الكلاسيكية المختلطة (MQC)، هي فئة من طرق الكيمياء النظرية الحسابية المصممة لمحاكاة العمليات غير ثابتة الحرارة (NA) في الكيمياء الجزيئية وفوق الجزيئية، بحيث تتميز هذه الطرق بما يلي:

• نشر الديناميات النووية من خلال المسارات الكلاسيكية.

• انتشار الإلكترونات أو الجسيمات السريعة من خلال طرق الكم.

• خوارزمية التغذية الراجعة بين الأنظمة الفرعية الإلكترونية والنووية لاستعادة المعلومات غير الإشعاعية.

استخدام ديناميكيات الكم الكلاسيكية المختلطة

أساليب ديناميات الكم الكلاسيكية المختلطة

ديناميات الكم الكلاسيكية المختلطة، هي فئة عامة من الأساليب التي تم تطويرها منذ السبعينيات، حيث أنه يشمل:

• قفز سطح المسار لأقل عدد من مفاتيح التنقل بين السطح.

• ديناميات إهرنفست ذات المجال المتوسط ​​(MFE).

• التبديل المتماسك مع اضمحلال الخلط (CSDM، MFE) مع مفتاح فك التماسك غير الماركوفي ومفتاح حالة المؤشر العشوائي.

• التبويض المتعدد (AIMS) للتبويض  المتعدد من البداية (FMS) للتبويض المتعدد الكامل.

• خوارزمية الكم الكلاسيكية المختلطة ذات المسار المزدوج (CT-MQC).

• الكم المختلط  في معادلة ليوفيل الكلاسيكية (QCLE).

• نهج رسم الخرائط.

• ديناميات بوهيمية غير أصلية (NABDY).

• استنساخ متعدد (AIMC) للاستنساخ المتعدد منذ البداية.

• قفز سطح التدفق العالمي (GFSH).

• قفز السطح المستحث بفك الترابط (DISH).

تكامل ديناميات الكم الكلاسيكية المختلطة

المسارات الكلاسيكية

يمكن دمج المسارات الكلاسيكية مع الطرق التقليدية، مثل خوارزمية فيرليت، حيث يتطلب هذا التكامل القوى التي تعمل على النوى، إذ إنها تتناسب مع تدرج الطاقة الكامنة للحالات الإلكترونية ويمكن حسابها بكفاءة باستخدام طرق بنية إلكترونية متنوعة للحالات المثارة، مثل تفاعل التكوين متعدد الاتجاهات (MRCI) أو نظرية الكثافة الوظيفية المعتمدة على زمن الاستجابة الخطية (TDDFT).

في أساليب ديناميكيات الكم الكلاسيكية المختلطة، مثل (FSSH) أو (MFE)، تكون المسارات مستقلة عن بعضها البعض، وفي مثل هذه الحالة يمكن دمجها بشكل منفصل وتجميعها بعد ذلك فقط للتحليل الإحصائي للنتائج، إذ أنه في طرق مثل (CT-MQC) أو متغيرات (TSH) المتنوعة تقترن المسارات ويجب أن تتكامل في وقت واحد.

النظام الفرعي الإلكتروني

في ديناميكيات الكم الكلاسيكية المختلطة، عادةً ما تُعامل الإلكترونات بتقريب موضعي لـ (TDSE)، أي أنها تعتمد فقط على القوى الإلكترونية وأدوات التوصيل في الموضع اللحظي للنواة.

خوارزميات غير إدادية

في هذه الصورة توضيح تخطيطي للطرق الرئيسية لتضمين التأثيرات غير الإذاعية في ديناميات الكم الكلاسيكية المختلطة.

• التبويض: حيث يتم إنشاء مسارات جديدة في مناطق الاقتران غير الإشعاعي الكبير.

• القفز: حيث يتم نشر المسارات على سطح طاقة كامنة واحد (PES)، ولكن يُسمح لها بتغيير السطح بالقرب من مناطق اقتران.

• حساب المتوسط : حيث يتم نشر المسارات على متوسط ​​مرجح لأسطح الطاقة الكامنة، ويتم تحديد الأوزان بمقدار الخلط غير الإشعاعي.

ديناميكيات الكم الكلاسيكية المختلطة 

ديناميات الكم الكلاسيكية المختلطة، هي طرق تقريبية لحل معادلة شرودنغر المعتمدة على الوقت لنظام جزيئي، وطرق مثل (TSH)، لا سيما في أقل صياغة تبديل سطح قفز (FSSH)، ليس لها حد دقيق، إذ أن هناك طرق أخرى مثل MS أو CT-MQC يمكنها من حيث المبدأ تقديم الحل غير النسبي الدقيق. في حالة التفريخ المتعدد، يتم توصيله بشكل هرمي بـ (MCTDH)، بينما يتم توصيل (CT-MQC) بطريقة العوامل الدقيقة.

عيوب ديناميكيات الكم الكلاسيكية المختلطة

• النهج الأكثر شيوعًا في ديناميكيات الكم الكلاسيكية المختلطة، هو حساب الخصائص الإلكترونية أثناء الطيران، أي في كل خطوة زمنية لتكامل المسار، بحيث يتميز هذا النهج بأنه لا يتطلب أسطح طاقة محتملة متعددة الأبعاد محسوبة مسبقًا.ومع ذلك، فإن التكاليف المرتبطة بالنهج أثناء الطيران مرتفعة بشكل كبير، مما يؤدي إلى خفض مستوى عمليات المحاكاة بشكل منهجي، وقد ثبت أن هذا التخفيض يؤدي إلى نتائج خاطئة نوعياً.

• كما أن التقريب المحلي الذي تنطوي عليه المسارات الكلاسيكية في ديناميكيات الكم الكلاسيكية المختلطة يؤدي أيضًا إلى الفشل في وصف التأثيرات الكمية غير المحلية، مثل النفق والتداخل الكمي، إذ تتأثر أيضًا بعض الطرق مثل (MFE) و (FSSH) بأخطاء فك الترابط.

• لقد تم تطوير خوارزميات جديدة لتشمل حفر الأنفاق، وتأثيرات فك الترابط، ويمكن أيضًا اعتبار التأثيرات الكمية العالمية من خلال تطبيق قوى الكم بين المسارات.