Development of micro~meso multiscale quantum simulator for functional polymer material design

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00588
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 60:Information science, computer engineering, and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Aoki Yuriko 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (10211690)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 量子化学 / Elongation法 / 粗視化シミュレーション / 散逸分子動力学 / マルチスケール計算 / 機能性高分子設計

Outline of Final Research Achievements

Simulations in the field of computational science are developed in a different world between microscopic electronic states by quantum chemical treatment and coarse-grained dynamics that aim at macroscopic properties. However, although the development of hardware for supercomputers and quantum computers is under rapid progress, the software to link them hardly exists.The super-efficient and precise Elongation(ELG) method is a unique and innovative method that overcomes the disadvantages of conventional quantum chemistry (difficulty in calculating a large amount of data). Furthermore, by combining the ELG method with machine learning, we will construct a unique multi-scale quantum simulator with high generality. As practical applications, we will perform DNA-molecules searching, cross-linking reactions between polymers, analyze photodegradation, and elucidate and design the mechanism and functionals of entangled polymers.

Free Research Field

量子化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

計算化学および計算物理の分野はスパコンの発展とともに急速な進歩を遂げたものの、計算対象として、ミクロスケールとメゾスケールを連結する計算ソフトは未だ存在しない。機械学習等のAIが科学技術にも取り入れられる昨今にあるが、材料設計を行う上で、記述子として実験データしか頼れない状況ではAIの利用価値は低い。現実の材料が発現する物性はマクロ的に目に見える性質であっても、その原理は目に見えないミクロな電子構造分子構造に起因するものある。ミクロ～メゾ～ひいてはマクロをつないで計算するソフトを構築することは、企業が材料合成前に計算科学で設計できる意義、ミクロ情報から物性原理を見出す学理構築の意義がある。