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Quantum Dynamics with the Quantum Trajectory-Guided Adaptable Gaussian Bases.
Journal of Chemical Theory and Computation ( IF 5.7 ) Pub Date : 2019-12-19 , DOI: 10.1021/acs.jctc.9b00844 Matthew Dutra 1 , Sachith Wickramasinghe 1 , Sophya Garashchuk 1
Journal of Chemical Theory and Computation ( IF 5.7 ) Pub Date : 2019-12-19 , DOI: 10.1021/acs.jctc.9b00844 Matthew Dutra 1 , Sachith Wickramasinghe 1 , Sophya Garashchuk 1
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The computational cost of describing a general quantum system fully coupled by anharmonic interactions scales exponentially with the system size. Thus, an efficient basis representation of wave functions is essential, and when it comes to the large-amplitude motion of high-dimensional systems, the dynamic bases of Gaussian functions are often employed. The time dependence of such bases is determined from the variational principle or from classical dynamics; the former is challenging in implementation due to singular matrices, while the latter may not cover the configuration space relevant to quantum dynamics. Here we describe a method using Quantum Trajectory-guided Adaptable Gaussian (QTAG) bases "tuned"-including the basis position, phase, and width-to the wave function evolution, thanks to the continuity of the probability density in the course of the quantum trajectory dynamics. Thus, an efficient basis in configuration space is generated, bypassing the variational equations on the parameters of the Gaussians. We also propose a time propagator with basis transformation by projections which lends efficiency and stability to the QTAG dynamics, as demonstrated on standard tests and the ammonia inversion model.
中文翻译：
具有量子轨道引导的自适应高斯基的量子动力学。
描述由非谐相互作用完全耦合的一般量子系统的计算成本与系统大小成指数比例增长。因此，波函数的有效基础表示是必不可少的，当涉及到高维系统的大振幅运动时，通常采用高斯函数的动态基础。这种时基的时间依赖性是根据变分原理或经典动力学确定的。由于奇异矩阵，前者在实现方面具有挑战性，而后者可能无法涵盖与量子动力学相关的配置空间。在这里，我们描述了一种使用“量子轨迹”引导的自适应高斯（QTAG）基“调谐”（包括基位置，相位和宽度）的方法，该方法包括波动函数的演化，多亏了量子轨迹动力学过程中概率密度的连续性。因此，绕过高斯参数上的变分方程，产生了配置空间的有效基础。我们还提出了一种通过预测进行基础变换的时间传播器，从而为QTAG动力学提供了效率和稳定性，这在标准测试和氨转化模型中得到了证明。
更新日期：2019-12-20
中文翻译：
具有量子轨道引导的自适应高斯基的量子动力学。
描述由非谐相互作用完全耦合的一般量子系统的计算成本与系统大小成指数比例增长。因此，波函数的有效基础表示是必不可少的，当涉及到高维系统的大振幅运动时，通常采用高斯函数的动态基础。这种时基的时间依赖性是根据变分原理或经典动力学确定的。由于奇异矩阵，前者在实现方面具有挑战性，而后者可能无法涵盖与量子动力学相关的配置空间。在这里，我们描述了一种使用“量子轨迹”引导的自适应高斯（QTAG）基“调谐”（包括基位置，相位和宽度）的方法，该方法包括波动函数的演化，多亏了量子轨迹动力学过程中概率密度的连续性。因此，绕过高斯参数上的变分方程，产生了配置空间的有效基础。我们还提出了一种通过预测进行基础变换的时间传播器，从而为QTAG动力学提供了效率和稳定性，这在标准测试和氨转化模型中得到了证明。
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