DMRG for multicomponent quantum chemistry

Abstract

Jeden z modernějších směrů v kvantové chemii, který je z veké části neprozkoumaný, je užití Hamiltoniaánů, které nezahrnují jen elektrony v molekule, ale i jiné kvantové čás- tice. Ty se též nazývají hamiltoniány s více komponentami. Metoda renormalizační grupy matice hustoty (DMRG) se stala jednou z běžně používaných metod v multireferenční kvantové chemii. V této práci popisujeme rozšížení DMRG algoritmu aby používal Hamil- toniány s více komponentami. Nejdřív popisujeme samotný DMRG algoritmus, včentně ukázky použití na několika systémech náročných pro výpočty. Přidáváame i krátký popis jak rozšířit DMRG algoritmus i o dynamickou korelaci použitím metody adiabatického spojení. Dále popisujeme rozšíření DMRG o Hamiltoniány s více komponentami, které bylo implementováno autorem této práce, a nakonec ukazujeme, jak může být DMRG užitečné v polaritonické chemii, kde molekula interaguje s kvantovými stavy světla v optické kavitě.

One of the more modern directions in quantum chemistry, which is mostly unexplored, is using Hamiltonians which include not only the electrons of the molecule, but also other quantum particles. These are also termed multicomponent Hamiltonians. The Density Matrix Renormalization Group method has become one of the mainline methods in multireference quantum chemistry. In this work we describe a way to extend the DMRG algorithm to use multicomponent Hamiltonians. We start by a description of the DMRG algorithm, showcasing the usage of quantum chemical DMRG on multiple challenging systems. We include a brief description how to extend the DMRG algorithm to also treat dynamical correlation with the Adiabatic Connection method. We then describe the extension of DMRG to multicomponent Hamiltonians which has been implemented by the author of this work, and finally show how DMRG can be useful for polaritonic chemistry, where the molecule interacts with the quantized states of light in an optical cavity.