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量子力學(xué)文章生成器（量子力學(xué)文章生成器在線使用）

發(fā)布時(shí)間：2023-04-16 09:25:21 稿源：創(chuàng)意嶺閱讀： 127

大家好！今天讓創(chuàng)意嶺的小編來(lái)大家介紹下關(guān)于量子力學(xué)文章生成器的問(wèn)題，以下是小編對(duì)此問(wèn)題的歸納整理，讓我們一起來(lái)看看吧。

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只能預(yù)測(cè)出概率的量子力學(xué)對(duì)人類有什么實(shí)際用處？
為何說(shuō)掌握了量子力學(xué)，就有了改變世界的能力？
有沒(méi)有專門解答量子力學(xué)的軟件

量子力學(xué)文章生成器（量子力學(xué)文章生成器在線使用）

只能預(yù)測(cè)出概率的量子力學(xué)對(duì)人類有什么實(shí)際用處？

最近我寫了很多關(guān)于量子力學(xué)的文章，其中介紹了量子力學(xué)的不確定性原理，說(shuō)的就是我們無(wú)法同時(shí)精確一個(gè)微觀粒子的速度和位置。也介紹了“疊加態(tài)”，說(shuō)的是一個(gè)微觀粒子可以同時(shí)處于多個(gè)位置，也可以同時(shí)擁有多個(gè)速度，也就是處于多個(gè)狀態(tài)的疊加。我還介紹了微觀粒子的“非定域性”，也就是一個(gè)物體要對(duì)另一個(gè)物體產(chǎn)生因果關(guān)系，可以不受地域的限制，可以瞬間完成因果關(guān)系的建立，這個(gè)是違反愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論的，但是也要注意，量子力學(xué)也認(rèn)為一個(gè)有質(zhì)量的物體不能超光速，量子力學(xué)只是覺(jué)得傳遞一些無(wú)質(zhì)量的信息可以瞬間完成，也就是超光速完成，這一點(diǎn)大家一定要注意。

那么就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，量子力學(xué)理論只能預(yù)言出一個(gè)微觀粒子將來(lái)處于某種狀態(tài)的概率，永遠(yuǎn)不能給一個(gè)確定的預(yù)言，那么這對(duì)我們?nèi)祟悂?lái)說(shuō)有啥意義呢？很多朋友認(rèn)為量子力學(xué)只告訴我概率，這等于是再說(shuō)廢話，我們都知道宏觀世界我們用牛頓力學(xué)預(yù)測(cè)一個(gè)物體將來(lái)的運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)將來(lái)的時(shí)刻都能給出確定的結(jié)果，所以量子力學(xué)相比牛頓力學(xué)而言，似乎就顯得不太給力了。

但是我要告訴大家的是，事實(shí)并非如此，大家千萬(wàn)別小看概率的力量。概率雖然不能給出確定值，但是一個(gè)行為只要不斷重復(fù)，概率的力量會(huì)展現(xiàn)的淋漓盡致。舉個(gè)例子，你扔硬幣算正反面，如果你只扔幾次，那么很可能每次都扔到正面，但是我們知道正面概率是50%，也就是說(shuō)你扔的次數(shù)少了，概率的力量不明顯，因?yàn)榉彩嵌加星珊系?。但是如果你?000000次硬幣，基本不會(huì)發(fā)生每次都扔到正面的現(xiàn)象，而且你統(tǒng)計(jì)正面的次數(shù)你會(huì)發(fā)現(xiàn)，基本和反面次數(shù)大致相同，也就是說(shuō)次數(shù)多了，概率的力量就展示出來(lái)了，而且嚴(yán)格精確。

那么我們?nèi)粘Ｉ钪?，有哪些量子力學(xué)的應(yīng)用呢？其實(shí)用腳指頭想都應(yīng)該知道，只要是大量重復(fù)的行為，量子力學(xué)都能用上，因?yàn)榇罅恐貜?fù)才能體現(xiàn)概率的力量。哪些行為是大量重復(fù)的呢？比如我們現(xiàn)在用的電子產(chǎn)品，只要涉及到芯片的開(kāi)發(fā)，由于電路大量出現(xiàn)0和1的計(jì)算，基本都是重復(fù)性工作，所以晶體管等元器件之間會(huì)做大量的重復(fù)工作，我們不需要每個(gè)元器件都一定100%正常工作，如果某時(shí)刻一個(gè)元器件壞了，其余元器件可以自動(dòng)補(bǔ)上工作的漏洞，那么這個(gè)芯片依然可以正常工作，所以量子力學(xué)完全可以在這個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮自己巨大的價(jià)值。

為何說(shuō)掌握了量子力學(xué)，就有了改變世界的能力？

很多人都說(shuō)掌握量子力學(xué)，就擁有了改變世界的能力，聽(tīng)起來(lái)仿佛說(shuō)法很玄妙，但確實(shí)有根有據(jù)。量子力學(xué)科是一門專攻次原子粒子，真正展現(xiàn)技術(shù)的部分是萬(wàn)物生成器。如今量子力學(xué)種類繁多，其中有一種假設(shè)是當(dāng)人類完全掌握微觀世界，意味著人類將擁有取之不盡用之不竭的資源能量，甚至可以實(shí)現(xiàn)永生夢(mèng)想，瞬間轉(zhuǎn)移也不在話下。特別是量子力學(xué)中的可控核聚變，這是目前人類最有可能實(shí)現(xiàn)的量子技術(shù)。

若人類可以控制氫聚變釋出能量，便可以通過(guò)電解海水，去直接獲得氫元素，再利用量子技術(shù)獲取其無(wú)窮能量，而這些能量?jī)H需耗費(fèi)少量電解海水，就可以供人類無(wú)限循環(huán)使用。當(dāng)人類真正擁有了無(wú)限循環(huán)的能量之后，任何由于效率問(wèn)題而無(wú)法達(dá)成的工程都將成為現(xiàn)實(shí)。

如此看來(lái)，量子力學(xué)反常態(tài)的個(gè)性，正是量子力學(xué)與生俱來(lái)的魅力。它大膽告訴人類，我們看到的世界，絕非全部，讓這個(gè)世界遠(yuǎn)比你想象中驚奇萬(wàn)分。其實(shí)量子力學(xué)本身就是反常識(shí)的，但正是由于這種特性，量子物理也為我們展現(xiàn)出無(wú)限可能性。它在不斷更新認(rèn)知的同時(shí)，還會(huì)顛覆人類的思維方式，去改變整個(gè)物理界的基本思想，包括傳統(tǒng)直覺(jué)和認(rèn)知。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，不管現(xiàn)在世界上任何人告訴我什么是確定好的正確認(rèn)知，我還是會(huì)去重新思考，1+1就必須等于2嗎？

所有的物質(zhì)資源的本源都是元素組成，因此，人類基于元素結(jié)構(gòu)重構(gòu)原理，存在與萬(wàn)物生成器之中。如果人類可以無(wú)限復(fù)制萬(wàn)物生成器，這意味著，如今的世界也會(huì)隨之改變。如此看來(lái)，倘若人類掌握了量子力學(xué)，也就相當(dāng)于掌握了世界的未來(lái)。經(jīng)過(guò)量子力學(xué)這一番洗禮后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)世界遠(yuǎn)比你想象中復(fù)雜和精彩。

有沒(méi)有專門解答量子力學(xué)的軟件

專門解答量子力學(xué)的軟件有：vasp、CASTEP、MS、elk、ASW、abinit、Quantum-ESPRESSO、flapw
vasp由于優(yōu)化算法比較好，計(jì)算速度較快，計(jì)算時(shí)問(wèn)題出現(xiàn)較少，需要控制的參數(shù)也不是很多。而且他還有比較獨(dú)特的paw勢(shì)，在dft平面波的軟件中，日漸趨于主流軟件。其功能也在逐漸完善。發(fā)展?jié)摿艽蟆?br/>abinit計(jì)算軟件，我感覺(jué)其功能還是很強(qiáng)大的（可以說(shuō)其它第一性原理軟件能計(jì)算的性質(zhì)，它基本都沒(méi)問(wèn)題，而且它的gw和dfpt獨(dú)特功能），計(jì)算速度也不是很慢。只是用起來(lái)太麻煩，控制參數(shù)繁多，入門很慢。
至于再具體的，很多時(shí)候就得具體的問(wèn)題，具體分析了。
MS中包括Visualizer、CASTEP、Dmol3、VAMP、 Discover、 Amorphous Cell、Compass等多個(gè)建模和計(jì)算軟件，可進(jìn)行晶體、非晶電子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)計(jì)算，也可進(jìn)行分子的量子力學(xué)計(jì)算；可進(jìn)行材料的分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算；可進(jìn)行x-ray衍射計(jì)算；能夠處理稀土元素，功能強(qiáng)大，就是貴。有Linux和Windows版本，便于學(xué)習(xí)。 VASP 具有很好的贗勢(shì)，與CASTEP相似，使用平面波基組。 Wien2k是全電子計(jì)算的量子化學(xué)軟件，處理磁性材料較好。abinit、 Siesta是免費(fèi)軟件，提供原代碼。處理重金屬不準(zhǔn)，缺乏相應(yīng)的贗勢(shì)。用于計(jì)算晶體的電子結(jié)構(gòu)。 Gaussian主要用于分子、離子的計(jì)算，可處理激發(fā)態(tài)，精度高，耗資源。
flapw中強(qiáng)烈推薦elk，主要優(yōu)點(diǎn)：代碼清晰，容易了解計(jì)算原理。后處理極為簡(jiǎn)單，像畫能帶圖時(shí)，會(huì)自動(dòng)給出高對(duì)稱點(diǎn)，使用自帶的elkband可以很容易得到能帶圖而不用復(fù)雜的后處理過(guò)程。同時(shí)可以處理的性質(zhì)比較多。
缺點(diǎn)：文檔太少。只有一個(gè)輸入說(shuō)明，不適合新手。不過(guò)官方論壇提問(wèn)作者一般都會(huì)回答。再就是為方便后處理，輸出文件比較多，使用前最好看下給的相關(guān)例子。再就是目前不支持mpi（可以用openmp并行），對(duì)聲子不能用dfpt。
綴加球面波方法-ASW
這個(gè)軟件是在量子化學(xué)網(wǎng)上看到的，之前一直都在使用abinit，但是苦于我要計(jì)算的體系所含元素的贗勢(shì)不全，所以就嘗試使用ASW。但是目前至少在小木蟲(chóng)上發(fā)現(xiàn)使用此軟件的人極少。ASW程序的執(zhí)行文件需要通過(guò)郵件向volker Eyert申請(qǐng)。
我總結(jié)ASW的特點(diǎn)：計(jì)算速度快；輸入文件只有一個(gè)而且相對(duì)簡(jiǎn)單；磁性計(jì)算比較全面：包括無(wú)磁、鐵磁、反鐵磁。當(dāng)然個(gè)人認(rèn)為它最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是作者編寫了很多計(jì)算和后期作圖的腳本，使用很方便，特別是處理分波態(tài)密度時(shí)相當(dāng)輕松。另外目前也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題：個(gè)人感覺(jué)ASW對(duì)計(jì)算體系的結(jié)構(gòu)尤其是對(duì)稱性方面有很嚴(yán)格的限制，并不像VASP或是ABINIT那樣相對(duì)寬松，還有就是它的優(yōu)化功能不是很全面，可能是我使用的還不是很熟練地原因。
abinit、MS.的功能非常強(qiáng)大。第一性原理能計(jì)算的性能方法，基本都可以計(jì)算。但相對(duì)與VASP來(lái)說(shuō)，精度方面可能需要加強(qiáng)。VASP計(jì)算可以結(jié)合其它的程序計(jì)算更多的性能。如結(jié)合phonopy算聲子普。結(jié)合ATAT計(jì)算激發(fā)態(tài)的一些性能。
現(xiàn)在常用的第一性原理計(jì)算軟件中最容易上手的就是MS，雖然它有很多缺點(diǎn)，比如說(shuō)贗勢(shì)不好，精度不高，源代碼不開(kāi)放等等，但是對(duì)于一般的科研工作而言就夠用了，畢竟我們做計(jì)算的目的是尋求規(guī)律，解釋現(xiàn)象，探求本質(zhì)，而不是一味追求高精度。精度再高也是理想狀態(tài)，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜實(shí)驗(yàn)條件的模擬。至于文章中圖譜的效果、好看與否，更大程度上在于個(gè)人對(duì)于數(shù)據(jù)的理解程度、后續(xù)分析及數(shù)據(jù)處理，而不是軟件本身了。從這個(gè)角度講，ms則是一款比較實(shí)用的軟件，把時(shí)間和精力用于軟件的開(kāi)發(fā)和學(xué)習(xí)還不如用來(lái)加深理論功底和數(shù)據(jù)分析！一點(diǎn)拙見(jiàn)而已。
使用Quantum-ESPRESSO中，與Abinit一樣，都是開(kāi)源的多功能第一性原理計(jì)算包，同樣支持GW的計(jì)算，并且?guī)в蠸ISSA自主研發(fā)的TDDFPT，雖然現(xiàn)在發(fā)布的還是有很多功能限制和缺陷。另外，聲子計(jì)算方面，比Abinit要簡(jiǎn)便，可以直接像給出k點(diǎn)一樣給出q網(wǎng)格。事實(shí)上，DFPT方法的發(fā)明者就是Quantum-ESPRESSO的作者。另外，QE與其他一些軟件包都有接口，可以協(xié)調(diào)工作，比如萬(wàn)尼爾方程。
計(jì)算速度也比較快，計(jì)算參數(shù)設(shè)置靈活但是不復(fù)雜，并且郵件列表里人不少，編譯時(shí)也非常簡(jiǎn)單，基本不用自己設(shè)置什么參數(shù)。最大的問(wèn)題就是贗勢(shì)庫(kù)過(guò)分不完整，很多時(shí)候只能靠著轉(zhuǎn)換別的軟件的贗勢(shì)，或者自己生成贗勢(shì)，這對(duì)不了解理論或者贗勢(shì)的新手非常致命。另外不同的功能分散在不同的可執(zhí)行文件中，剛開(kāi)始入門時(shí)可能容易犯暈~
flapw中的wien2k也是很不錯(cuò)的。優(yōu)點(diǎn)主要在于：
1、有圖形界面，上手相對(duì)容易，輸入和后續(xù)處理都有比較好的腳本處理，都很方便。
2、手冊(cè)對(duì)各個(gè)參數(shù)介紹很全，還有mailinglist可以查詢和討論。
3、對(duì)很多物理性質(zhì)直接模擬，比如光學(xué)性質(zhì)，譜，聲子譜等。
4、軟件價(jià)格很便宜，好像是$400，可以在大型服務(wù)器上并行，處理上百個(gè)原子是沒(méi)有問(wèn)題的，當(dāng)然計(jì)算量相對(duì)贗勢(shì)程序要大。
5、常用的各種交換關(guān)聯(lián)勢(shì)都已經(jīng)集成，GW方法已經(jīng)集成只是還沒(méi)有釋放。
Quantum-ESPRESSO, 個(gè)人認(rèn)為對(duì)初學(xué)者最大的障礙是沒(méi)有好的manual. 如果以前沒(méi)有用過(guò)其他的第一性原理軟件對(duì)于參數(shù)的設(shè)置就比較難以理解. 不過(guò), 確實(shí)如souledge 所說(shuō)郵件列表非?；钴S, 問(wèn)了幾次問(wèn)題都能有人熱心的解答. 實(shí)在不行了跟軟件的作者聯(lián)系, 會(huì)學(xué)到很多東西.
個(gè)人比較看好 Quantum-ESPRESSO, 作為開(kāi)源軟件最大的優(yōu)勢(shì)就是能吸納最新的研究成果, 并且自己有更大的主動(dòng)權(quán).

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