Aplicación de leyes físicas y Dinámica Molecular (TRIMESTRE 2)

Dinámica molecular

En la simulación de dinámica molecular , seguimos el mismo enfoque. Primero, preparamos una muestra: seleccionamos un sistema modelo compuesto por partículas y resolvemos las ecuaciones de movimiento de Newton para este sistema hasta que sus propiedades dejen de cambiar con el tiempo (es decir, alcanzamos el equilibrio ). Tras el equilibrio , realizamos la medición. De hecho, algunas de lasLos errores más comunes que se pueden cometer al realizar un experimento informático son similares a los que se pueden cometer en experimentos reales: por ejemplo, la muestra no se ha preparado correctamente, la duración de la medición ha sido demasiado corta, el sistema sufre un cambio irreversible durante la simulación o no estamos midiendo lo que creemos que estamos midiendo.

Para medir una magnitud observable en una simulación de Dinámica Molecular , primero debemos poder expresarla como una función de las posiciones y momentos de las partículas del sistema. Por ejemplo, una definición conveniente de la temperatura en un sistema (clásico) de muchos cuerpos se basa en la equipartición de la energía entre todos los grados de libertad que intervienen cuadráticamente en el hamiltoniano del sistema. En el límite termodinámico , tenemos

〈12metrovα2〉=12kBT.

Sin embargo, esta relación no es del todo correcta para un sistema finito. En particular, para un sistema atómico hipotético con energía cinética total fija, podemos definir la temperatura cinética utilizando la relación microcanónica.

1kBT=∂ln⁡Ω(mifamiliares)∂mifamiliares.

2.5 Velocidad del algoritmo MRMD en máquinas Touchstone Delta e IBM SP

Los algoritmos MRMD aumentan significativamente la eficiencia de las simulaciones de dinámica molecular (MD) . El método de multipolos de celda reducido disminuye el tiempo de ejecución en un factor de 6 con respecto a la implementación habitual. [ La figura muestra el rendimiento general de esta implementación paralela de MRMD en la máquina Touchstone Delta del Instituto Tecnológico de California y en la IBM SP1 del Laboratorio Nacional Argonne. Para un vidrio de sílice de 4,2 millones de partículas (incluyendo interacciones de Coulomb y fuerzas covalentes de tres cuerpos) en la Touchstone Delta de 512 nodos, el tiempo de ejecución para un solo paso de MD es de tan solo 4,84 s. En la IBM SP1, que cuenta con nodos más rápidos (para nuestro algoritmo MRMD, 4,7 veces más rápidos que los nodos i860 de la Delta), el tiempo de ejecución en los 512 nodos de la SP1 será de 1,1 s por paso. El tiempo de ejecución escala linealmente con el tamaño del sistema y el tiempo de computación predomina sobre el tiempo de comunicación.] 10 , 13 ] de la suma de Ewald; la MD de múltiples pasos de tiempo es de 3 a 5 veces más rápida que el método convencional [ 8 ], y el esquema de interacción separable de tres cuerpos acelera el cálculo en un factor de 2 [ 8 ]. La figura 11 4–8 , 10 ].

Entrelazamiento cuántico en la espectroscopia de electrones inducida por fotones de átomos y moléculas

5 Conclusiones

La física atómica es la madre de la física moderna, que incluye, entre otras cosas, la teoría cuántica de la luz y la materia. Desde sus inicios a principios del siglo XX, la investigación en física atómica ha contribuido enormemente a nuestra comprensión del mundo físico, tanto en términos de conceptos teóricos como en el desarrollo de técnicas experimentales. Una publicación que expresaba dudas sobre la completitud de la teoría cuántica y el trabajo posterior de Bell (1965) dieron origen a un nuevo campo de estudio, denominado Sistemas de Información Cuántica (SIC) . El componente básico de los SIC es la existencia de estados entrelazados de dos o más partículas, cada una con dos o más estados simultáneamente accesibles que también pueden superponerse. Las partículas cuyos estados entrelazados se han considerado hasta ahora son principalmente fotones o átomos. Debido a su fácil manipulación (derivada de su carga y pequeña masa) y La publicación de Einstein et al. (1935),

\frac{1}{2}

La física del momento angular permite estudiar fácilmente estados entrelazados de dos o más electrones en vuelo, o de electrones con otras partículas libres (por ejemplo, fotones, iones, etc.). Los procesos investigados en este capítulo son aquellos que se inician debido a la pérdida de energía de un solo fotón. El estudio de las propiedades de dichos estados electrónicos resulta útil no solo en el ámbito de la información cuántica, sino que también proporciona —hasta ahora probablemente desconocida— información sobre la naturaleza de las interacciones entre los constituyentes de un átomo o una molécula.

Este capítulo muestra que las matrices de densidad necesarias para estudiar el entrelazamiento coulombiano entre los momentos angulares de espín de dos/tres electrones, un fotoelectrón y un fotoión, o dos fotoelectrones y un fotoión, siempre son separables en partes de correlación angular y de espín. Sin embargo, no es un resultado sorprendente porque es bien sabido [véase, por ejemplo, Bransden y Joachain, 2003; Condon y Shortley, 1935; Schiff, 1968; Sobelman, 1979; Weissbluth, 1978; Zare, 1988 , etc.] que la función de onda total de un átomo o una molécula, en ausencia de fuerzas dependientes del espín, es siempre un producto simple de sus partes espacial y de espín. Una matriz de densidad también representa ( Blum, 2012; Fano, 1957 ; Weissbluth, 1978 ) un estado de un sistema. Por lo tanto, la separación de cada una de las matrices de densidad coulombiana, aquí analizadas, en sus partes angular y de espín, es una consecuencia natural de esta conocida propiedad de las funciones de onda atómicas y moleculares sobre la exclusión de interacciones de espín-órbita (SDI). Además, las matrices de densidad utilizadas en la espectroscopia cuántica de impedancia (QIS) siempre están normalizadas a traza unitaria. En consecuencia, la multiplicación por la parte angular no tendrá ningún efecto sobre las propiedades de entrelazamiento de una matriz de densidad obtenida a partir de su parte de correlación de espín. Otras propiedades importantes y útiles del entrelazamiento coulombiano son su total independencia de la cinemática y la dinámica del proceso que lo genera: para su predicción solo se requiere conocer los espines de los estados electrónicos de las especies atómicas/moleculares participantes, y su mínima susceptibilidad a los efectos perjudiciales de la decoherencia y la disipación.

A diferencia del caso coulombiano, las funciones de onda atómicas y moleculares nunca se pueden separar en sus componentes espacial y de espín cuando se consideran las fuerzas dependientes del espín. Como consecuencia de esta propiedad, este capítulo muestra que el entrelazamiento de la superficie de Fermi depende en gran medida tanto de la cinemática como de la dinámica del proceso, incluyendo las características del fotón cuya absorción ha provocado las transiciones. Por lo tanto, ya no es posible estudiar las propiedades del entrelazamiento sin conocer las amplitudes dinámicas de las transiciones involucradas en el proceso responsable de la generación de partículas.

Esta independencia, o dependencia, del entrelazamiento coulombiano, o FS, con respecto a la cinemática y la dinámica de un proceso, se espera, por supuesto, que esté presente cuando el objetivo

T

En (4)–(9) , un RLM sustituye a un átomo. Los estudios del entrelazamiento coulombiano y del entrelazamiento FS en dos de los procesos [es decir, 1-DPI ( 5 ) y 2-DPI ( 6 )] confirman esta expectativa. Además, en cada uno de estos dos procesos, las partes de correlación de espín de una matriz de densidad coulombiana para un RLM son idénticas a las de cuando el objetivo

T

En ( 5 ) o ( 6 5 ) y ( 6 ), ninguna geometría de) es un átomo. Este también es un resultado esperado porque, en ausencia de SDI, los estados de espín son idénticos tanto para átomos como para moléculas, siempre que ambos tengan el mismo número de electrones y la misma multiplicidad de espín de sus estados electrónicos. En otras palabras, significa que en lo que respecta a la generación del entrelazamiento coulombiano en los respectivos procesos 1-DPI o 2-DPI (

T

Ni la simetría del campo eléctrico en el que se mueven sus electrones importa en absoluto. Sin embargo, la parte de correlación angular en una matriz de densidad coulombiana, o la matriz de densidad FS completa, para un RLM es ciertamente, y naturalmente, muy diferente de sus contrapartes atómicas.

Como consecuencia de todo esto, el entrelazamiento coulombiano puede caracterizarse a priori con facilidad. Basta con conocer las multiplicidades de espín de los estados electrónicos [en el acoplamiento L - S en un átomo, o en el esquema de acoplamiento de Hund (b) en un RLM] de las especies que participan en un proceso dado, junto con las reglas de conservación de espín aplicables. Además, el entrelazamiento coulombiano se ve mínimamente afectado por los efectos perjudiciales de la disipación y la decoherencia, ya que el entorno externo al átomo o molécula en el que tiene lugar el proceso que lo genera no influye en absoluto.

Si bien el entrelazamiento FS tampoco se ve afectado por el entorno externo de un átomo o molécula, no puede caracterizarse a priori, ya que depende en gran medida tanto de la cinemática como de la dinámica del proceso que lo genera. Esta dependencia hace que el entrelazamiento FS sea altamente anisotrópico con respecto a las direcciones de movimiento de las partículas libres generadas, así como a las características (energía, polarización, etc.) de la radiación electromagnética utilizada para iniciar cualquiera de los procesos. (5)–(9) .

Además, el entrelazamiento bipartito [tripartito] producido en el proceso 2-DPI [3-TPI] ( 6 ) [( 9 )] no solo es mucho más rico en su estructura que el generado en un proceso 1-DPI [2-TPI] ( 5 ) [( 8 )], sino que también es ajustable. Por lo tanto, la presencia de un paso adicional en la generación del mismo número de partículas en un proceso hace que el entrelazamiento entre sus espines sea más útil e interesante.

Además, las fuerzas coulombianas presentes en un átomo por sí solas son incapaces de generar el entrelazamiento luz-materia, que puede producirse durante el proceso . La presencia de interacción espín-órbita ( SOI ) es necesaria para entrelazar el espín de un fotoelectrón , ya que los electrones nunca se entrelazan. Por lo tanto, para entrelazar el espín de un fotoelectrón con la polarización lineal o circular de la fluorescencia durante el proceso , la radiación ionizante debe estar polarizada circular o linealmente. 7 e p con la polarización de la fluorescencia subsiguiente γ d ; es decir, solo es posible el entrelazamiento de Fourier (FS) en un sistema ( e p , γ d ). Sin embargo, si el fotón γ r absorbido en ( 7 ) es de polarización lineal (LP), ( e p , γ d 7

Si bien el entrelazamiento coulombiano es siempre independiente de las propiedades del fotón γ r utilizado para la ionización en los procesos (4)–(9) , el entrelazamiento FS tampoco depende de si el fotón absorbido γ res RCP o LCP . En otras palabras, no hay dicroísmo circular en el entrelazamiento FS estudiado en este capítulo.

Quedan muchas áreas y procesos por explorar en este esfuerzo preliminar e incipiente de combinar los estudios de física atómica y molecular con la información cuántica. Se espera que dichos estudios, cuando se realicen en un futuro próximo, aporten nuevos conocimientos sobre el fascinante mundo de los átomos y las moléculas y resulten útiles también en la información cuántica.

Aplicación de leyes físicas y Dinámica Molecular (TRIMESTRE 2)

Dinámica molecular

2.5 Velocidad del algoritmo MRMD en máquinas Touchstone Delta e IBM SP

Entrelazamiento cuántico en la espectroscopia de electrones inducida por fotones de átomos y moléculas

5 Conclusiones

Se necesita una herramienta de visualización para ver una molécula a partir de un archivo PDB.

Cuatro herramientas gratuitas de visualización de gráficos moleculares

RasMol

Repicar

Visor WebLab(TM)

Applet DisMol

herramientas de modelado molecular de código abierto

http://antas.agraria.uniss.it/software.html

Dylan Avila

Post a Comment

Publicar un comentario

Formulario de contacto

Aplicación de leyes físicas y Dinámica Molecular (TRIMESTRE 2)

Dinámica molecular

2.5 Velocidad del algoritmo MRMD en máquinas Touchstone Delta e IBM SP

Entrelazamiento cuántico en la espectroscopia de electrones inducida por fotones de átomos y moléculas

5 Conclusiones

Se necesita una herramienta de visualización para ver una molécula a partir de un archivo PDB.

Cuatro herramientas gratuitas de visualización de gráficos moleculares

RasMol

Repicar

Visor WebLab(TM)

Applet DisMol

herramientas de modelado molecular de código abierto

http://antas.agraria.uniss.it/software.html

Dylan Avila

You Might Like

Post a Comment

Publicar un comentario

Formulario de contacto