分子動力学論／Molecular Dynamics Theory Molecular Dynamics Theory

【授業の目標 / Course Objectives】

分子動力学シミュレーション法は、分子の構造・物性・機能を理解するため重要な方法の一つである。この講義では、分子動力学法の原理・実行方法・応用を学習する。

This course will discuss molecular dynamics simulation (MD), an important computational method of determining a molecule’s structure, properties, and functions. The students will learn how to perform MD simulations, as well as the theory behind them and their potential applications.

【授業の内容 / Course Contents】

分子動力学(Molecular dynamics, MD）法は，分子シミュレーション法の一つである。MD法では，分子あるいは分子集合体の構成原子に掛かる力を計算しながら，運動方程式を時々刻々解いて，その分子系の時間発展を記述し，そこから，分子系の安定構造，動的構造，エネルギー状態などを議論することができる。MD法は，水，液晶，タンパク質，DNAなど，様々な物質の解析に用いられている。この授業では，MD法の原理，アルゴリズム，実行方法を学びながら，その応用事例にも触れる。
古典力学に基づいた古典MD法を中心に講義するが，それに加えて、量子力学に基づいた第一原理MD法や人工知能とMDの融合についても触れる予定である。


講義中，実際にシミュレーション計算をなどを行うことが多く，「実習」に近い科目であるので，毎回出席し、レポートを提出すること。授業最終日に、理解度を試すテストを行う。

The molecular dynamics (MD) simulation is a computational method to simulate dynamical behaviors of molecules. In MD, the forces acting on the component atoms of molecules are computed and used to determine their motion in real time. The MD method is applied to a wide variety of substances, including water, liquid crystals, proteins, DNA, and so on, to give conjectures as to their stable structure, their dynamic structure, and their energy state. In this class, students will learn how to perform MD simulations. In addition, the theory and algorithms behind it, as well as its practical applications, will be discussed. This lecture will mostly focus on the classical MD method, which is based on classical mechanics; however, the ab initio MD method based on quantum mechanics and a combination of AI and MD will also be introduced. During the lectures, simulation calculations will often be run. Practice makes perfect in this subject; as such, good attendance and punctual report submissions are a must. Students will be required to take a test at the end to gauge their understanding.

【授業計画 / Course Schedule】

【活用される授業方法 / Teaching Methods Used】

板書 /Writing on the Board
スライド（パワーポイント等）の使用 /Slides (PowerPoint, etc.)
上記以外の視聴覚教材の使用 /Audiovisual Materials Other than Those Listed Above
個人発表 /Individual Presentations
グループ発表 /Group Presentations
ディスカッション・ディベート /Discussion/Debate
実技・実習・実験 /Practicum/Experiments/Practical Training
学内の教室外施設の利用 /Use of On-Campus Facilities Outside the Classroom
校外実習・フィールドワーク /Field Work
上記いずれも用いない予定 /None of the above

【授業時間外（予習・復習等）の学修 / Study Required Outside of Class】

ほぼ毎回の課題レポートが，講義の予習・復習になるので，必ず提出すること。講義は、高校と大学教養レベルの数学、物理学、情報科学（計算機プログラミング）、化学、生物学の知識を前提として行うので、足りない部分は適宜自習して補うこと。

Be sure to submit each assignment report, as it will serve as preparation and review for the lecture. The lecture assumes knowledge of math, physics, informatics (computer programming), chemistry, and biology at the high school and college liberal arts level; hence, any knowledge that is lacking should be supplemented by self-study.

【成績評価方法・基準 / Evaluation】

【テキスト / Textbooks】

【参考文献 / Readings】

【履修にあたって求められる能力 / Abilities Required to Take the Course】

【学生が準備すべき機器等 / Equipment, etc., that Students Should Prepare】

【その他 / Others】

【注意事項 / Notice】