کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious

کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious یا شیمی کوانتومی و محاسبات برای افراد کنجکاو: ارائه شده با کد پایتون و Qiskit®، یک منبع بسیار مفید برای یادگیری شیمی کوانتومی و مباحث آن به همراه پیاده‌‎سازی با ابزارهای پایتون می‌باشد. این کتاب در 9 فصل به شما محباسبات کوانتومی و ارائه‌ی آن‌ها با استفاده از زبان برنامه‌نویسی پایتون را آموزش می‌دهد.

در ادامه مقدمه‌ای از کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious را از زبان نویسنده شرح خواهیم داد.

مقدمه‌ای بر کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious:

شکل 0.1 – یادگیری محاسبات کوانتومی و شیمی کوانتومی [نویسندگان]

هدف این کتاب ابهام زدایی از شیمی کوانتومی و محاسبات، بحث در مورد آینده فناوری‌های کوانتومی بر اساس محدودیت‌های فعلی، نشان دادن سودمندی و کاستی‌های پیاده‌سازی‌های فعلی نظریه کوانتومی و به اشتراک گذاشتن عشق ما به موضوع است.

این کتاب ارائه‌ای سنتی از شیمی کوانتومی یا محاسبات کوانتومی نیست، بلکه توضیحی است در مورد چگونگی در هم تنیدگی این دو مبحث از طریق تشریح فرضیه‌های مکانیک کوانتومی، به ویژه با کد پایتون و بسته‌های شیمی کوانتومی منبع باز.

شیمی کوانتومی کاربردهای زیادی در صنعت دارد، از طراحی دارویی گرفته تا تولید انرژی و توسعه محاسبات کوانتومی در سال های اخیر. با دانش کافی از شیمی کوانتومی و فرضیات مکانیک کوانتومی، می‌توانیم بر برخی از موانع عمده بشریت غلبه کنیم و به تأثیرات مثبت برسیم. امیدواریم که بتوانید جزئیات کافی را بیاموزید تا بخشی از راه حل های جدید و سازنده رو به جلو باشید.

خوانندگان مورد نظر ما

از همه نوع خوانندگان استقبال می‌شود. با این حال، افرادی که بیشترین بهره را خواهند برد، علاقه مندان به شیمی و علوم کامپیوتر در مراحل اولیه یادگیری هستند. دانش‌آموزان دبیرستانی و اولیه، یا افراد حرفه‌ای که می‌خواهند در شیمی کوانتومی در ارتباط با محاسبات، هم از نظر الگوریتم و هم از دیدگاه سخت‌افزار، پیش‌زمینه‌ای کسب کنند. ما همچنین ریاضیات مفید و حساب دیفرانسیل و انتگرال را در رابطه با حل مسائل شیمی خلاصه می‌کنیم. این موضوعات برای افرادی از صنایع مختلف که علاقه‌مند به حرفه‌ای در شیمی محاسباتی کوانتومی و محاسبات هستند جذاب خواهد بود.

شما در خط مقدم فرصت‌های هیجان‌انگیز و پیشرفته برای گسترش ایده‌های خود و شروع آزمایش با شبیه‌سازی‌های خود خواهید بود.

یک مسیر سریع برای استفاده از شیمی کوانتومی

ما تصمیم گرفتیم این کتاب را به گونه ای بنویسیم که اصول مفاهیم کوانتومی را برای مخاطب کنجکاو ابهام کند. این کتاب با توصیف پنج اصل مکانیک کوانتومی، از جمله چگونگی ارتباط این مفاهیم با نظریه اطلاعات کوانتومی، از جمله نمونه‌های برنامه‌نویسی اولیه سیستم‌های اتمی و مولکولی با پایتون، سیمپی [Simpy]، QuTiP [QuTiP]، اصول اولیه مفاهیم شیمی کوانتومی را معرفی می‌کند. و بسته‌های شیمی کوانتومی منبع باز PySCF [PySCF]، ASE [ASE_0]، PyQMC [PyQMC]، Psi4 [Psi4_0]، و کد Qiskit [Qiskit].

یک سطح مقدماتی از درک Python برای خواندن کد کافی است و یک مرورگر تمام چیزی است که برای دسترسی به Google Colaboratory و اجرای نوت‌بوک‌های Jupyter همراه ما در فضای ابری لازم است. هر فصل شامل ارائه هنری مفاهیم کوانتومی مربوط به نقل قول‌های تاریخی است.

در طول دهه‌های 1990، 2000 و 2010، پیشرفت شگفت‌انگیزی در توسعه بسته‌های شیمی محاسباتی و اخیراً، Qiskit Nature [Qiskit_Nature] [Qiskit_Nat_0] وجود داشته است. ما مفاهیم اولیه شیمی کوانتومی را که به روشی مدرن مورد بحث قرار می‌گیرند، ترسیم و معرفی می‌کنیم و این مفاهیم را به نظریه اطلاعات کوانتومی و محاسبات مرتبط می‌کنیم. ما از Python، PySCF، و Qiskit Nature برای اهداف مصور استفاده می‌کنیم.

شیمی کوانتومی

مبانی مکانیک کوانتومی و فرضیه‌های پنج‌گانه به طور مستقیم بر تحقیقات مواد و شیمی محاسباتی برای یافتن داروها و کاتالیزورهای جدید تأثیر می‌گذارد و فرآیندهای کارآمد و تمیزتر برای تبدیل مواد شیمیایی از یک شکل به شکل دیگر را ممکن می‌سازد. شیمی کوانتومی همچنین برای طراحی کامپیوترهای کوانتومی آینده که از خواص اتم‌ها و/یا یون‌ها استفاده می‌کنند ضروری است. با این حال، شیمی کوانتومی همچنان موضوعی گریزان است که به نظر می‌رسد سال‌ها طول می‌کشد تا تسلط پیدا کند.

بیشتر بخوانید: کتاب Physical Models for Semiconductor Quantum Dots

ما فکر می‌کنیم که دستیابی بلندمدت سنتی به سواد موضوع مستقیماً با پیچیدگی درک شده موضوع و تقریب‌های تاریخی ایجاد شده برای افزایش دسترسی و قابلیت استفاده با محاسبات مرسوم مرتبط است.

با تقریب در محل و پذیرش گسترده توسط جامعه علمی به عنوان تنها راه رو به جلو، برخی از مفاهیم اساسی اغلب نادیده گرفته می‌شوند، سوء تفاهم می‌شوند و بسته به این ایده‌ها از رشته‌ها حذف می‌شوند. ما این را فرصتی برای به اشتراک گذاشتن عشق خود به شیمی کوانتومی در پتانسیل کامل آن می‌بینیم تا دوستی و قابلیت دسترسی به موضوع را افزایش دهیم.

ما جزئیات کافی را به اشتراک می گذاریم تا محدودیت‌هایی را که از لحاظ تاریخی ایجاد شده‌اند، درک کنید. به عنوان مثال، ما یک فرمول کلی از اصل طرد پاولی برای همه ذرات بنیادی ارائه می‌کنیم که برای ذرات مرکب نیز صادق است، که بسیاری از کتاب‌های درسی به اندازه کافی توضیح نمی‌دهند.

داستان کوانتومی چیزهای بیشتری وجود دارد، اما بیش از آن است که بتوان آن را به عنوان کتاب اول برای کنجکاوها گنجاند. بنابراین، ما قصد داریم کتاب زیر بنویسیم که ایده‌های کوانتومی پیشرفته را که هنوز به طور گسترده در جامعه علمی مورد استفاده قرار نگرفته‌اند، گسترش دهد.

نحوه پیمایش کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious

به شما توصیه می‌کنیم که ترتیب فصول را دنبال کنید و به تدریج بر مفاهیم، ​​روش‌ها و ابزارهایی که در ادامه کتاب مفید خواهند بود، تسلط پیدا کنید.

فصل 1 کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious، معرفی مفاهیم کوانتومی، تاریخچه ای از شیمی کوانتومی و محاسبات کوانتومی را ارائه می دهد و بلوک های ساختمانی اساسی طبیعت، ذرات و ماده، نور و انرژی و اعداد کوانتومی را معرفی می‌کند.

فصل 2 کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious، مبانی مکانیک کوانتومی، مفاهیم، ​​تعاریف، و نشانه گذاری مکانیک کوانتومی و نظریه اطلاعات کوانتومی را که برای درک محتوای این کتاب ضروری است، به افراد غیرمتخصص فیزیک کوانتومی ارائه می‌دهد.

فصل 3 کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious، مدل محاسبات مدار کوانتومی، مدل مدار کوانتومی محاسبات و Qiskit Nature را معرفی می‌کند، یک چارچوب منبع باز که ابزارهایی برای محاسبه انرژی حالت پایه، حالت‌های برانگیخته و گشتاورهای دوقطبی مولکول‌ها فراهم می‌کند.

فصل 4 کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious، همیلتونی‌های مولکولی، همیلتونی مولکولی را ارائه می‌کند و ساختار الکترونیکی یک مولکول و فرمیون‌ها را به نگاشت کیوبیت مدل‌سازی می‌کند.

فصل 5 کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious، الگوریتم حل ویژه کوانتومی متغیر (VQE)، فرآیندی را برای حل حالت پایه یک مولکول، با تمرکز بر مولکول هیدروژن، که با الگوریتم حل ویژه کوانتومی متغیر (VQE) با استفاده از Qiskit Nature نشان داده شده است.

فصل 6 کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious، فراتر از بورن-اپنهایمر، نگاهی اجمالی به رویکردهای فراتر از بورن-اپنهایمر می‌دهد که هنوز رایج نشده‌اند.

فصل هفتم، نتیجه‌گیری، مقدمه‌ای برای کتاب بعدی است.

فصل 8 کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious، مراجع، فهرست تلفیقی از تمام مراجع ارائه شده در پایان هر فصل را ارائه می‌دهد.

فصل 9 کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious، واژه نامه، راه مناسبی برای جستجوی اصطلاحات ارائه می‌دهد.

ضمیمه A، آماده سازی مفاهیم ریاضی، مفاهیمی را با تصاویر در کد پایتون معرفی می‌کند.

پیوست B، استفاده از نوت‌بوک‌های Jupyter در ابر، نحوه استفاده از محیط‌های رایگان در فضای ابری را برای اجرای نوت‌بوک‌های همراه Jupyter که ما ارائه می‌کنیم، توضیح می‌دهد.

ضمیمه C، علائم تجاری، تمام علائم تجاری محصولات مورد استفاده در این کتاب را فهرست می‌کند.

سرفصل‌های کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious:

• Foreword
• Contributors
• About the authors
• Acknowledgments
• About the reviewer
• Preface
• Chapter 1: Introducing Quantum Concepts
• Chapter 2: Postulates of Quantum Mechanics
• Chapter 3: Quantum Circuit Model of Computation
• Chapter 4: Molecular Hamiltonians
• Chapter 5: Variational Quantum Eigensolver (VQE) Algorithm
• Chapter 6: Beyond Born-Oppenheimer
• Chapter 7: Conclusion
• Chapter 8: References
• Chapter 9:Glossary
• Appendix A: Readying Mathematical Concepts
• Appendix B: Leveraging Jupyter Notebooks on the Cloud
• Appendix C: Trademarks
• Other Books You May Enjoy

فایل کتاب Quantum Chemistry and Computing for the Curious را می‌توانید پس از پرداخت، دریافت کنید.