FeMo辅因子模型的经典解决方案达到化学精度及其意义

生物体获取还原态氮的主要来源是固氮酶——该酶通过其铁钼辅因子(FeMo-co)将N2转化为NH3。由于其在维持生命中的关键作用、尚不明确的催化循环机制,以及含有八个过渡金属离子的复杂结构,FeMo-co数十年来始终吸引着科学界的关注。经过长期努力,其完整原子结构已被解析,但作为反应活性核心的电子结构仍存在激烈争议。FeMo-co因含有大量未成对电子导致的复杂性,使得学界普遍认为其超越了经典计算的能力边界,因而量子算法计算其电子结构的潜力备受瞩目。在量子化学领域,估算特定FeMo-co模型基态能量达到化学精度(约1千卡/摩尔)的计算成本,已成为检验量子算法的通用基准,相关文献中已存在大量资源估算。本研究则探索如何通过经典计算完成相同任务。 该工作选取了包含76个轨道/152个量子位的静息态模型(该模型是多数量子资源估算的研究对象),基于对态的多重构型本质的深刻认识,设计出能获得基态能量严格或经验上界的经典计算方案。通过外推这些界限,研究人员以化学精度量级的估计不确定度预测了基态能量。完成这一长期被讨论的计算任务后,该团队进一步探讨了超越该模型的意义:通过提炼简化计算流程,成功揭示了真实辅因子构型中的电子景观图。这项工作为精确计算理解FeMo-co电子结构提供了可行路径。
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提交arXiv: 2026-01-08 05:49

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