Mathematisches Modell und numerische Implementierung offener Quantensysteme für molekulare Simulationen

• Antragsteller: Professor Dr. Luigi Delle Site
• Fachliche Zuordnung: Mathematik ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541471810

First-principles formulierte mathematische Modelle für atomare und molekulare Systeme sind, sobald sie in der Form effizienter Simulationsalgorithmen implementiert sind, nützliche und vielseitige Vorhersagewerkzeuge. Eine Hürde bei der algorithmischen Implementierung der mathematischen Modelle bzw. bei der Formalisierung der Algorithmen sind die in den beteiligten Forschungsfeldern gepflegten unterschiedlichen Wissenschaftssprachen mit ihren unterschiedlichen Formalisierungsgraden, Fragestellungen und Zielen. Genauigkeit und Reproduzierbarkeit von Ergebnissen erfordern die systematische Übertragung komplexer mathematischer Modelle in implementierbare Algorithmen. Auch wenn die Mathematik die zentralen Werkzeuge der Algorithmenentwicklung für physikalisch-mathematische Simulationsmodelle über Numerische Analysis und Statistik (zur Interpretation von Simulationsdaten) bereithält, spielt sie in diesem Gebiet bislang eher eine untergeordnete Rolle. Mit dem vorgeschlagenen Projekt soll das geändert werden werden. Das zentrale Ziel ist es, ein rigoroses mathematisches Modell für offene molekulare Systeme, das u.a. elektronische (Quanten-)Freiheitsgrade umfasst, zu entwickeln und in ein etabliertes Simulationsprogramm für Systeme mit adaptiver räumlicher Auflösung zu integrieren. Damit sollen Simulationen von quantenmechanischen Systemen durchgeführt werden, die mit heutigen Simulationsprogrammen nicht, oder nicht mit akzeptablem Aufwand, berechnet werden können. Der entwickelte Programmcode soll benutzerfreundlich sein und der Wissenschaft frei verfügbar gemacht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen