量子中心炼金术自由能计算

该工作提出了一种混合量子-经典计算流程,旨在通过结合构型相互作用(CI)模拟和书尾校正方法,提高炼金术自由能(AFE)预测的精度。该方法采用多态贝内特接受比(MBAR)沿着耦合参数λ进行平滑过渡,使系统从分子力学(MM,λ=0)描述转变为量子力学(QM,λ=1)描述。所得校正值随后被应用于经典(MM)计算的AFE结果,以体现更精确的QM处理效果。 标准书尾校正流程使用AMBER模拟MM区域,并采用AMBER默认的QM引擎QUICK处理QM区域,计算方法包括哈特里-福克(HF)或密度泛函理论(DFT)。本研究通过sander程序与QUINK构建了创新接口,该接口支持两种CI模拟模式:A)通过PySCF后端在经典计算资源上执行完全构型相互作用(FCI);B)基于Qiskit实现量子中心化样本量子对角化(SQD)流程,结合量子硬件和经典计算的后处理进行CI模拟。在该流程中,QUICK完成大部分计算步骤,但会在用户指定节点将计算任务转向FCI或SQD后端以获取CI结果。 为验证该方法,研究团队计算了三种小分子有机化合物(氨气、甲烷和水)的水合自由能(HFE)书尾校正值,证明了量子计算机在AFE计算中的应用可行性。该团队认为此方法可扩展至更复杂体系(如未来研究中的药物-受体相互作用)。

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