Chimica computazionale

Come è noto, grazie alla meccanica quantistica, lo stato di ogni sistema è descritto da una funzione d’onda. Purtroppo, per sistemi polielettronici come atomi e molecole, la determinazione di tale funzione, per mezzo della risoluzione della corrispondente equazione di Schrödinger, è così complicata che solo per l’atomo di idrogeno se ne conosce l’espressione analitica esatta. In tutti gli altri casi si può ricorrere a dei metodi numerici che tuttavia, a causa dell’elevato costo computazionale, non trovano una vasta applicazione. Si rendono quindi necessarie delle approssimazioni come la Indipendent Electron Approximation sulla quale si basano i metodi ab initio. Le equazioni approssimate che ne risultano sono ancora abbastanza complicate e non risolvibili analiticamente. Occorre quindi ricorrere a dei metodi numerici che, anche in questo caso, richiedono una spesa computazionale che aumenta sempre più al crescere delle dimensioni del sistema. Essa infatti, per una tradizionale tecnica ab initio come il metodo Hatree-Fock, varia come N3/N4 (dove N è il numero di funzioni di base) e mostra addirittura una dipendenza del tipo N7 per i metodi correlati. La crescente potenza di calcolo dei computer moderni ha ingrandito l’area di applicabilità dei metodi ab initio; il limite si sposta verso molecole sempre più grandi, ma è ancora impensabile applicare tali metodi, ad esempio, ai grossi sistemi biologici (anche piccole proteine). Per questo continuano ad essere sviluppati e migliorati i metodi linear scaling, che riescono in tempi ridotti ad offrire risultati con buone approssimazioni su grandi sistemi. Continua »