Logotyp: till Uppsala universitets webbplats

uu.sePublikationer från Uppsala universitet
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
A Fourier-coefficient based solution of an optimal control problem in quantum chemistry
Uppsala universitet, Teknisk-naturvetenskapliga vetenskapsområdet, Matematisk-datavetenskapliga sektionen, Institutionen för informationsteknologi, Avdelningen för teknisk databehandling. Uppsala universitet, Teknisk-naturvetenskapliga vetenskapsområdet, Matematisk-datavetenskapliga sektionen, Institutionen för informationsteknologi, Tillämpad beräkningsvetenskap.
Uppsala universitet, Teknisk-naturvetenskapliga vetenskapsområdet, Matematisk-datavetenskapliga sektionen, Institutionen för informationsteknologi, Avdelningen för teknisk databehandling. Uppsala universitet, Teknisk-naturvetenskapliga vetenskapsområdet, Matematisk-datavetenskapliga sektionen, Institutionen för informationsteknologi, Tillämpad beräkningsvetenskap.
Uppsala universitet, Teknisk-naturvetenskapliga vetenskapsområdet, Kemiska sektionen, Institutionen för fysikalisk och analytisk kemi, Kvantkemi.
2009 (Engelska)Rapport (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

We consider an optimal control problem for the time-dependent Schrödinger equation modeling molecular dynamics. Given a molecule in its ground state, the interaction with a tuned laser pulse can result in an excitation to a state of interest. By these means, one can optimize the yield of chemical reactions. The problem of designing an optimal laser pulse can be posed as an optimal control problem. We reformulate the optimization problem by Fourier-transforming the electric field of the laser and narrow the frequency band. In this way, we reduce the dimensionality of the control variable. This allows for storing an approximate Hessian and, thereby, we can solve the optimization problem with a quasi-Newton method. Such an implementation provides superlinear convergence. We show computational results for a Raman-transition example and give numerical evidence that our algorithm can outperform the standard Krotov-like method which does not employ approximative second derivatives. end{abstract}

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
2009.
Serie
Technical report / Department of Information Technology, Uppsala University, ISSN 1404-3203 ; 2009-022
Nationell ämneskategori
Beräkningsmatematik Datavetenskap (datalogi)
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:uu:diva-108365OAI: oai:DiVA.org:uu-108365DiVA, id: diva2:235578
Tillgänglig från: 2009-09-16 Skapad: 2009-09-16 Senast uppdaterad: 2024-05-30Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Numerical methods for quantum molecular dynamics
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Numerical methods for quantum molecular dynamics
2009 (Engelska)Licentiatavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

The time-dependent Schrödinger equation models the quantum nature of molecular processes. Numerical simulations of these models help in understanding and predicting the outcome of chemical reactions.

In this thesis, several numerical algorithms for evolving the Schrödinger equation with an explicitly time-dependent Hamiltonian are studied and their performance is compared for the example of a pump-probe and an interference experiment for the rubidium diatom. For the important application of interaction dynamics between a molecule and a time-dependent field, an efficient fourth order Magnus-Lanczos propagator is derived. Error growth in the equation is analyzed by means of a posteriori error estimation theory and the self-adjointness of the Hamiltonian is exploited to yield a low-cost global error estimate for numerical time evolution. Based on this theory, an h,p-adaptive Magnus-Lanczos propagator is developed that is capable to control the global error. Numerical experiments for various model systems (including a three dimensional model and a dissociative configuration) show that the error estimate is effective and the number of time steps needed to meet a certain accuracy is reduced due to adaptivity.

Moreover, the thesis proposes an efficient numerical optimization framework for the design of femtosecond laser pulses with the aim of manipulating chemical reactions. This task can be formulated as an optimal control problem with the electric field of the laser being the control variable. In the algorithm described here, the electric field is Fourier transformed and it is optimized over the Fourier coefficients. Then, the frequency band is narrowed which facilitates the application of a quasi-Newton method. Furthermore, the restrictions on the frequency band make sure that the optimized pulse can be realized by the experimental equipment. A numerical comparison shows that the new method can outperform the Krotov method, which is a standard scheme in this field.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Uppsala University, 2009
Serie
IT licentiate theses / Uppsala University, Department of Information Technology, ISSN 1404-5117 ; 2009-004
Nationell ämneskategori
Beräkningsmatematik
Forskningsämne
Beräkningsvetenskap med inriktning mot numerisk analys
Identifikatorer
urn:nbn:se:uu:diva-108366 (URN)
Handledare
Tillgänglig från: 2009-10-09 Skapad: 2009-09-16 Senast uppdaterad: 2017-08-31Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

fulltext(188 kB)16 nedladdningar
Filinformation
Filnamn FULLTEXT01.pdfFilstorlek 188 kBChecksumma SHA-512
bf94dd545d92a6fdc25a329240afdf847727a1639e811f7f1872828bf717d67422f219457e3155d5e464ae5fd86aa3b61e5fdf5ae09794bc180cf00dbf081988
Typ fulltextMimetyp application/pdf

Övriga länkar

http://

Person

Kormann, KatharinaHolmgren, SverkerKarlsson, Hans O.

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Kormann, KatharinaHolmgren, SverkerKarlsson, Hans O.
Av organisationen
Avdelningen för teknisk databehandlingTillämpad beräkningsvetenskapKvantkemi
BeräkningsmatematikDatavetenskap (datalogi)

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar
Totalt: 16 nedladdningar
Antalet nedladdningar är summan av nedladdningar för alla fulltexter. Det kan inkludera t.ex tidigare versioner som nu inte längre är tillgängliga.

urn-nbn

Altmetricpoäng

urn-nbn
Totalt: 1068 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf