利用精确电子结构高效量子模拟非绝热分子动力学

在研究光催化与光合作用等非绝热化学过程时,非绝热分子动力学(NAMD)是不可或缺的理论工具,其需要精确的基态与激发态势能面(PESs)。量子计算为解决经典计算机难以处理的PES计算提供了前景广阔的解决方案,但实际应用面临两大挑战:需要开发具有普适性的量子算法以实现跨化学体系的高效精确PES计算,同时需将现有NAMD理论无缝适配至量子计算环境。该工作提出了一种适配量子计算的Landau-Zener表面跳跃(LZSH)NAMD扩展方法,通过曲率驱动的跳跃修正机制,在避免非绝热耦合(NACs)计算以保持效率的同时确保种群演化守恒,并维持支持并行化的轨迹独立性。此外,为实现表面跳跃动力学所需的高精度PES,研究人员开发了亚微哈特里精度的PES计算方案,该方案支持活性空间选择,可在量子或经典集群上实现并行加速,并展现出对带电H3+离子与典型多参考基准体系C2H4分子等多样化化学体系的适应性。该工作为量子计算在NAMD中的实际应用铺平了道路,展现了量子-经典异构集群并行模拟在从头算计算化学中的潜力。

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提交arXiv: 2025-12-02 03:34
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