一种用于自由基对复合反应的高效量子力学方法

自由基对复合反应的单重态和三重态存活概率及产物产率的标准量子力学表达式涉及对电子和核自旋组合希尔伯特空间中状态的求迹。如果通过为希尔伯特空间中的每个初始态执行单独的含时波包计算来确定性地评估该求迹，则计算量随核自旋态总数 $Z$ 按 $O(Z^2\log Z)$ 缩放。在此，我们表明可以通过利用自旋相干态的性质随机地评估该求迹。这使得计算量变为 $O(MZ\log Z)$，其中 $M$ 是收敛所需的蒙特卡洛样本数。对一个强耦合自由基对 ($Z>10^6$) 的示例计算表明，仅使用 $M=200$ 个样本即可使单重态产率收敛至绘图精度，相比标准确定性计算加速超过 5000 倍。我们预期这一加速因子将极大地促进未来化学和生物学中各类感兴趣自由基对的量子力学模拟。