Notes sur les méthodes Monte Carlo quantique pour l`équation de

Notes de cours sur les méthodes Monte Carlo quantique
pour l’équation de Schrödinger
Michel Caffarel, caff[email protected].fr
Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques de Toulouse
Marseille, 23-27 Janvier 2006
Documents complémentaires :
Application à la chimie, références, etc. : “Monte Carlo
quantique pour le calcul des structures électroniques”
http ://cermics.enpc.fr/ stoltz/aci.html ou sur demande.
Quelques problèmes mathématiques reliés aux
approches QMC “Some mathematical questions related to
quantum Monte Carlo approaches for molecules”
http://wwwmath.unice.fr/ cassam/Workshop05/speakers.html
ou sur demande. . – p.1/36
Equation de Schrödinger
Equation de Schrödinger (unités atomiques)
i|ψ(t)i
t =H|ψ(t)i(1)
Solution formelle :
ψ(x, t) = hx|eitH |ψ(0)ixRd, t 0
Décomposition spectrale de l’opérateur eitH :
eitH =PkeitEk|φkihφk|
ψ(x, t) = PkeitEkφk(x)hφk|ψ(0)i
. – p.2/36
Equat. de Schrödinger en temps imaginaire
On passe en temps imaginaire : t→ −it
On obtient l’équation de Schrodinger :
ψ(x,t)
t =H(x)ψ(x, t)
Solution formelle :
ψ(x, t) = etH ψ(x, 0)
ou plus explicitement :
ψ(x, t) = PketEkφk(x)hφk|ψ(0)i
A grands “temps” t:
ψ(x, t)t+φ0(x) + O[et(E1E0)]
. – p.3/36
Equation de diffusion “généralisée”
ψ(x,t)
t =1
2Pd
i=1 2
x2
iψ(x, t)V(x)ψ(x, t)
Cette équation a la forme d’une équation de diffusion
“généralisée”.
Monte Carlo quantique = simulation de cette équation à
l’aide de processus stochastiques
. – p.4/36
Feynman-Kac avec diffusion libre I
ψ(x, t) = hx|etH |ψ(t= 0)i
Introduisons t=Nτ
etH =eτH ...eτH
En introduisant la résolution de l’identité entre chaque
exponentielle, on obtient
ψ(x, t) = Rdx0Rdx1... RdxN1
ψ(x0, t = 0)hx0|eτH |x1i...hxN1|eτH |xi
Formule de Trotter : eτ(A+B)=eτAeτB +O[τ2](A et B
deux opérateurs)
hxi|eτH |xji ' hxi|eτ
22|xjieτV (xi)
. – p.5/36
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