Internal conversion and intersystem crossing pathways in UV excited, isolated uracils and their implications in prebiotic chemistry
分子的光动力学性质决定了它们在恶劣辐射环境中的生存能力。因此，杂环芳香族化合物对电磁辐射的光稳定性被认为是影响早期地球上的前生物化学的选择压力之一。在本研究中，气相光动力学的尿嘧啶，5-甲基尿嘧啶（胸腺嘧啶）和2-硫氧嘧啶-三个杂环化合物被认为是目前在这个时代-评估的背景下，他们最近提出的系统间交叉途径，竞争内部转换到基态。具体而言，时间分辨光电子能谱学测量证据飞秒皮秒的时间尺度为弛豫的单线态1 $ππ$ * 和1 n $π$ * 状态，以及为系统间交叉的三重态流形。捕获在激发三重态和系统间穿越回基态的影响因素，这些分子的紫外光损伤的敏感性进行了研究。
2019-01-10 physics.chem-ph
Dissipative quantum algorithms for excited-state quantum chemistry
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文提出耗散量子算法用于高效制备电子激发态，通过修改动力学实现激发态稳态，并通过数值模拟验证其在分子光谱中的有效性。
2026-09-29 physics.chem-ph quant-ph
Latent unified smooth Hamiltonians for excited state chemistry
Stanford University（斯坦福大学）；SLAC National Accelerator Laboratory（SLAC国家加速器实验室）
本文提出结合量子化学数学结构与Transformer的神经网络架构，学习潜在统一平滑哈密顿量，实现对分子体系电子态的统一建模，在胸腺嘧啶、偶氮苯体系上精准重现相关光化学性质，为激发态模拟提供新路径。
2026-09-03 cs.LG physics.chem-ph
Correct quantum chemistry in a minimal basis from effective Hamiltonians
我们描述了如何创建从头算有效的哈密顿量，定性地描述正确的化学，即使在使用最小的基础。哈密尔顿算子是通过将相关性从一个大的父基折叠成一个小的或最小的目标基，使用正则变换的机器来获得的。我们证明了这些有效汉密尔顿的质量，可以正确捕获水、氮气和乙烯中的各种激发态，并描述氮气和铬二聚体中的基态和激发态键断裂，所有这些都在小或最小的基组中。
2015-02-16 cond-mat.str-el physics.chem-ph
Excited-State Quantum Chemistry on Qumode-Based Processors via Variational Quantum Deflation
Northeastern University（东北大学）
提出QumVQD框架，在玻色子量子处理器上计算电子和振动激发态能量，通过汉明权重过滤减少qumode需求，在H₂和H₄中达到化学精度，并在CO₂和H₂S中实现光谱精度，门数量比基于量子比特的方法低一个数量级。
2026-06-16 physics.chem-ph quant-ph
Complex Adiabatic Connection: a Hidden Non-Hermitian Path from Ground to Excited States
与电子激发态相关的过程是许多科学领域的核心，然而精确确定激发态能量仍然是理论化学中的主要挑战。最近，更高能量的非线性方法的稳态本身已被提出作为激发态的近似，虽然这些解决方案的性质的一般理解仍然令人惊讶地有限。在这封信中，我们提出了一个全新的方法，探索和获得激发定态，利用非厄米哈密顿量的属性。我们的核心思想是对传统的量子化学方法进行分析延拓。以Hartree-Fock理论为例，我们继续分析电子-电子相互作用，揭示了复杂平面上多个解的隐藏连接性，揭示了Coulson-Fischer点和非厄米简并之间的密切相似之处。最后，我们展示了如何基态波函数可以自然地变形为激发态波函数通过构建一个定义良好的复绝热连接。
2019-01-14 physics.chem-ph
Spectroscopic accuracy directly from quantum chemistry: application to ground and excited states of beryllium dimer
我们结合显式相关通过正则互相关方法与密度矩阵重整化群和引发剂全组态相互作用量子Monte Carlo方法计算一个近精确的铍二聚体曲线，{ \it没有}使用复合方法。特别地，我们的直接密度矩阵重整化群计算产生了$D_e$ =931.2 cm $^{-1}$的井深，这与最近实验导出的估计值$D_e$ =929.7 $\pm 2$ ~cm $^{-1}$ [Science，324，1548（2009）]和$D_e$ =934.6~cm $^{-1}$ [Science，326，1382（2009）]非常一致，以及最佳复合理论估计，$D_e$ =938 $\pm 15$ ~cm $^{-1}$ [J. Phys. Chem. A，111，12822（2007）]和$D_e$ =935.1 $\pm 10$ ~cm $^{-1}$ [Phys. Chem. Chem. Phys.，13，20311（2011）]。我们的结果表明，在较短的键长下使用的势函数形式可能不准确，以拟合实验数据[Science，324，1548（2009）]。利用密度矩阵重整化群，我们还计算了平衡几何下的近精确垂直激发能。这些提供了非平凡的基准量子化学方法的激发态，并说明了惊人的大误差，仍然为1 $^1Σ^-_g$状态与近似的多参考配置相互作用和运动方程耦合集群方法。总之，我们证明了显式关联密度矩阵重整化群和引发剂全组…
2014-08-21 cond-mat.str-el physics.atom-ph physics.chem-ph
Pinning down electron correlations in RaF via spectroscopy of excited states and high-accuracy relativistic quantum chemistry
本文对 RaF 的14个最低激发电子态进行光谱测量，并以高精度 FS-RCC 相对论计算实现≥99.64%符合，明确电子关联与 QED 效应的重要性。
2024-12-20 nucl-ex physics.atom-ph physics.chem-ph
Quantum Chemistry on the time axis: electron correlations and rearrangements on femtosecond and attosecond scales
最近的发展对生产和实验室使用的脉冲的高强度，和/或非常高的频率，和/或超短的持续时间，使可能的实验，可以产生时间分辨的数据超快转换涉及运动的电子。对相关新现象的表述、定量理解和预测，使计算和应用任意电子结构的多电子含时薛定谔方程的解成为可能，包括里德伯系列、多激发态和多通道连续谱的主导效应。为了这个目的，我们已经提出并应用到许多典型的情况下，特定于状态的扩展方法（SSEA）。（Mercouris，Komninos和Nicolaides，Adv. Quantum Chem.60，333（2010））。本文简要地解释了SSEA，并概述了它的四个应用程序，最近制定的问题，时间分辨电子过程中，电子相关性是至关重要的。这些结果是：1）多电子不稳定态衰变的时间分辨; 2）强关联双激发态的激发和衰变及其几何结构的阿托时间分辨; 3）氦和铝的飞秒光电离过程中共振态干涉轮廓形成的时间分辨过程; 4）（2s，2 p）阿秒脉冲下氖的光电离。
2015-06-09 physics.atom-ph physics.chem-ph
Efficient charge-preserving excited state preparation with variational quantum algorithms
本文提出保电荷VQD（CPVQD）算法，将对称性与守恒电荷纳入VQD框架实现维度缩减，显著提升激发态计算效率，并在最高24量子比特系统上通过GPU加速模拟验证其在高能物理、核物理和量子化学中的性能。
2024-10-18 cs.DC hep-ph physics.chem-ph
Differentiable quantum chemistry with PySCF for molecules and materials at the mean-field level and beyond
本文通过扩展PySCF实现自动可微，支持分子和固体在平均场及更高层次上的轨道优化、性质、激发态能量与导数耦合计算，为量子化学方法开发提供自动微分框架。
2022-08-04 physics.chem-ph
Machine Learning Framework for Modeling Exciton-Polaritons in Molecular Materials
本工作提出基于分层相互作用粒子神经网络的机器学习协议，预测分子激发态性质并计算集体耦合下偶氮甲烷的势能面与电子光谱，为极化子化学建模提供框架。
2024-01-02 physics.chem-ph
On the generalized eigenvalue problem in subspace-based excited state methods for quantum computers
University of North Dakota（北达科他大学）
本文研究了量子计算中基于子空间的激发态方法中广义特征值问题的稳定性与误差影响，指出QSE方法在高条件数下存在病态问题，而q-sc-EOM方法则更稳定。
2026-03-09 physics.chem-ph quant-ph
Rydberg trimers and excited dimers bound by internal quantum reflection
量子反射是一种纯粹的波现象，它预测了经典完全透射发生的情况下粒子在变化的电势下的反射。对于化学键，我们发现这种效应可以导致非经典的振动转折点和束缚态在非常大的原子间距离。直到最近，这种超长程里德堡分子的存在才被实验证实。在这里，我们确定了广泛的分子线，其中大部分被证明是源于两个不同的新的来源：一个单光子相关的三原子分子形成的一个里德伯原子和两个基态原子和一系列的激发二聚体状态，绑定到目前为止未开发的机制的基础上，在陡峭的电位下降。在这项工作中确定的里德伯分子的性质使它们有资格成为超冷温度下新型化学的原型。
2009-12-20 physics.atom-ph physics.chem-ph
Core-Excited States of Linear and Bent Uranyl Complexes: Insights from High-Energy Resolution X-ray Spectroscopy and Relativistic Quantum Chemistry
本研究通过HERFD-XANES光谱和相对论量子化学模拟，研究了线性和弯曲铀酰配合物的核激发态，揭示了赤道配体对光谱特征的影响，特别是在弯曲的UO2Cl2(phen)2中观察到低能卫星跃迁。
2025-09-11 physics.chem-ph
Nuclear-Electronic Orbital Multireference Configuration Interaction for Ground and Excited Vibronic States and Fundamental Insights into Multicomponent Basis Sets
本文提出 NEO-MRCI 方法，结合 NEO-MCSCF 轨道优化以准确计算基态与激发振动态，并发展适用于量子化核的修订电子基组。
2025-03-18 physics.chem-ph
Molecular Excited States using Quantum Subspace Methods: Accuracy, Resource Reduction, and Error-Mitigated Hardware Implementation of q-sc-EOM
University of North Dakota（北达科他大学）；Moderna（莫德纳）
本文研究了量子子空间方法在计算准确激发态势能面中的应用，通过结合ADAPT-VQE/LUCJ和q-sc-EOM算法，减少计算资源并缓解误差，验证了其在键断裂场景中的有效性。
2026-04-07 physics.chem-ph quant-ph
Transferable machine learning of excited-state dynamics with extremal pooling
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics (ICTP)（阿卜杜斯·萨拉姆国际理论物理中心）
提出基于极值池化的尺寸密集型机器学习框架，通过预测原子HOMO和LUMO贡献，实现激发态动力学模拟，在光激发溶剂化电子系统中验证了其准确性和可迁移性。
2026-10-14 physics.chem-ph
Photooxidation of water with heptazine-based molecular photocatalysts: Insights from spectroscopy and computational chemistry
我们提出了一个最近的联合光谱和计算的研究，提供了新的见解的氢键复合物的heptazine（Hz）的发色团与羟基底物分子（水和苯酚）的光化学的概论。发现Hz的功能化衍生物三茴香醚庚嗪（TAHz）可以在均相光化学反应中光氧化水和苯酚。这允许探索的基本机制的质子耦合电子转移（PCET）过程中参与的水的光氧化反应在定义明确的化学可调的分子生色团与化学可调的基板分子的配合物。Hz分子及其衍生物的激发电子态的独特性质被突出显示。的势能景观相关的PCET反应的特点是明智的计算研究。这些数据提供了合理的激光控制的PCET反应TAHz-苯酚配合物的泵推探测光谱，揭示了发生的非反应性的局部激发态的发色团与反应性分子间电荷转移状态的相互作用的分支机制的演示的基础。从这些结果外推，我们提出了一个一般的情况下，解开复杂的光诱导水裂解反应成简单的顺序光驱动的单电子氧化还原反应，然后由简单的黑暗自由基自由基重组反应。
2020-06-30 physics.chem-ph
Quantum simulation of molecular excited-state manifolds and energies using the TEPID-ADAPT-VQE algorithm
Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）；University of North Dakota（北达科他大学）
本文利用TEPID-ADAPT-VQE算法，通过变分对角化截断低温吉布斯态，同时制备多个激发态，在H2、LiH和线性H4分子上实现了化学精度内的激发态谱和势能曲线，并展示了其相比MORE-ADAPT仅需单一超参数的优势。
2026-06-28 physics.chem-ph quant-ph
Potential energy curves for the interaction of Ag(5s) and Ag(5p) with noble gas atoms
研究了银原子基态和激发态与惰性气体（包括氦）的相互作用。用量子化学方法计算了Born-Oppenheimer势能曲线，并假设自旋轨道分裂与核间距无关，考虑了激发态的自旋轨道效应.我们比较我们的结果与实验可用的光谱数据，以及与以前的计算。由于强的自旋-轨道相互作用，激发态Ag-NG势能曲线不能拟合Morse类势。我们发现，所观察到的振动能级的标签必须移动一个单位。
2013-01-19 physics.atm-clus physics.atom-ph physics.chem-ph
Symmetrical Graph Neural Network for Quantum Chemistry, with Dual R/K Space
现有的量子化学神经网络模型大多不考虑分子的对称性，将关联度很好的实空间（R空间）和动量空间（K空间）分割为两个独立的空间，缺乏分子化学中的基本物理概念。在这项工作中，通过认可的分子对称性和群论的元素，我们提出了一个全面的方法来应用对称性的图形神经网络（SY-GNN），它扩展了所有的轨道对称性的基态和激发态的性质预测的覆盖范围。SY-GNN在预测R和K空间量的绝对值和相对值方面表现出优异的性能。SY-GNN除了具有数值性质外，还可以预测实空间中的轨道分布，提供化学反应的活性区域。我们相信，对称性支持的深度学习方案涵盖了其中重要的物理学，对于神经网络在质量控制和未来许多其他研究领域的应用至关重要。
2019-12-16 physics.chem-ph
Excited-State Downfolding Using Ground-State Formalisms
本研究提出利用非Aufbau参考行列式的基态降维形式论来描述双重激发态，构建特定态有效哈密顿量，在活性空间对角化后获得了与高级CC方法相当的激发能，为量子计算在激发态化学中的应用铺平道路。
2023-10-20 physics.chem-ph quant-ph
Microscopic Theory of Vibrational Polariton Chemistry
提出一种微观理论，通过腔模促进反应物基态到振动激发态的跃迁，解释振动强耦合下的反应速率修正、共振效应及集体效应，并给出可验证预测。
2023-05-13 physics.chem-ph physics.optics quant-ph
A Dark Excited State of Fluorescent Protein Chromophores, Considered as Brooker Dyes
绿色荧光蛋白（GFP）发色团是一种不对称的单甲川染料系统。在染料的共振色理论中，强烈的光激发来自于两个价键结构与第三个更高结构的相互作用。我们使用相关量子化学表明阴离子发色团是一种共振布鲁克染料，并且第三种结构对应于该物种的更高固定电子态。这种状态的激发能应该刚好低于中性形式的第一激发能。这对我们讨论的GFPs的激发态机制有影响。
2010-01-15 physics.bio-ph physics.chem-ph
A quantum chemistry dataset containing S0-S1 conical-intersection structures of 259k molecules
South China Normal University（华南师范大学）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
本文构建了包含26万分子基态和锥形交点结构的数据集，通过OM2/MRCI方法计算几何构型和能量，旨在促进光化学与机器学习的深度融合。
2026-09-22 physics.chem-ph
Ultra-fast Spectroscopy for High-Throughput and Interactive Quantum Chemistry
我们提出了用于计算红外和紫外-可见光谱的超快量子化学方法，旨在提供分子结构的自主和交互式探索过程中的指纹信息。特征光谱信号可以作为分子结构识别和表征的诊断探针。这些特征通常不需要关于峰位置和强度的最终精度，这使得超快电子结构方法中的精度-时间困境更加突出。如果近似超快算法补充有不确定性量化方案，用于检测信号位置和强度中的潜在大预测误差，则离线细化将总是可能确认或丢弃超快方法的预测。在这里，我们提出了这样一个协议的超快电子结构的方法，以获得基态和激发态的电子能量，偶极矩，及其衍生物的实时应用在振动光谱和电子物理。作为这一努力的一部分，我们设计了一个信息继承部分海森方法的振动光谱，量身定制的子空间对角化方法和激发态计算的行列式选择方案。
2022-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Predicting excited states from ground state wavefunction by supervised quantum machine learning
分子的激发态是光化学和化学反应的核心。量子计算化学的最新发展导致了在近期量子计算机上计算分子的激发态的各种算法的发明，但是它们需要比用于计算基态的算法更多的计算负担。在这项研究中，我们提出了一个监督量子机器学习的计划，预测激发态的性质的分子只从他们的基态波函数，从而减少计算的激发态的计算成本。我们的模型由一个量子库和一个经典的机器学习单元组成，机器学习单元处理单量子比特泡利算子的测量结果和库的输出状态。量子库有效地将单量子比特算子转换为包含系统基本信息的复杂多量子比特算子，以便经典机器学习单元可以适当地解码它们。通过只训练经典机器学习单元，节省了量子计算机的运行次数，并且整个模型需要在当前实验中可以实现的量子硬件的适度资源。我们说明了我们的模型的预测能力，通过数值模拟的小分子不可避免的噪声，在近期的量子计算机。结果表明，我们的方案仅以基态为输入，就能很好地再现基态和激发态之间的第一、第二激发能以及跃迁偶极矩.我们希望我们的贡献将促进量子计算机在量子化学和量子材料研究中的应用。
2020-11-04 cond-mat.str-el physics.chem-ph quant-ph
Coupling electrons and vibrations in molecular quantum chemistry
我们在量子化学框架下导出了一个电子振动模型哈密顿量，并探讨了这种哈密顿量在多大程度上可以捕获非绝热动力学的关键效应。模型哈密顿量是一个简单的两体算子，我们在应用标准的量子化学方法来评估其性能，包括平均场论，线性响应，和原始的相关模型的初步步骤。该哈密顿量可以与标准的振动哈密顿量相比较，但是在不参考势能面的情况下，通过在单个参考几何结构处直接微分单电子和双电子积分来构造。研究了吡嗪在谐波和线性耦合区的模型哈密顿量的性质，其中一个简单的含时计算，包括电子振动相关被证明展示了充分研究的S $_2$和S $_1$激发态之间的布居转移。
2020-11-11 physics.chem-ph
Quantum Chemistry Calculations using Energy Derivatives on Quantum Computers
量子化学计算，如分子性质的预测和化学反应的建模，是近期量子计算机可以展示量子优势的几个关键领域。基于变分量子本征求解器（VQE），提出了一种计算基态和激发态能量对化学体系参数的能量导数的方法.设计了一种混合变分范式下的量子线路的低深度实现，并分析了其计算代价。通过将该方法应用于能量衍生物的量子化学关键应用中，如H $_2$分子的最小能量构型搜索和分子响应性质估计，以及H $_2$ + H $\leftrightarrow$ H + H $_2$反应的过渡态的寻找，展示了该方法的有效性.所得到的结果示出与它们各自的全组态相互作用（FCI）值是完全一致的。
2021-06-10 physics.chem-ph quant-ph
Leveraging the Bias-Variance Tradeoff in Quantum Chemistry for Accurate Negative Singlet-Triplet Gap Predictions: A Case for Double-Hybrid DFT
本文通过基准测试发现双杂化DFT存在高偏差低方差特性，提出利用低偏差参数化校正系统误差，在保持低方差的同时将S$_1$-T$_1$能隙预测误差降至5 meV以下，为负能隙分子的高通量筛选提供了可靠方法。
2025-06-11 physics.chem-ph
Machine learning for electronically excited states of molecules
分子的电子激发态是光化学、光物理学和光生物学的核心，在材料科学中也发挥着重要作用。它们的理论描述需要高度精确的量子化学计算，这是计算昂贵的。在这篇综述中，我们将重点关注机器学习如何不仅用于加速这种激发态模拟，而且如何使用人工智能的这一分支来推进这一令人兴奋的研究领域的各个方面。机器学习在激发态中的应用包括激发态动力学模拟、吸收光谱的静态计算等。为了将这些研究置于背景中，我们讨论了所涉及的机器学习技术的承诺和陷阱。由于后者主要是基于量子化学计算，我们还提供了一个简短的介绍到激发态电子结构的方法，非绝热动力学模拟的方法，并描述技巧和问题时，使用它们在机器学习的分子的激发态。
2020-07-10 physics.chem-ph stat.ML
Self-consistent Møller-Plesset Perturbation Theory For Excited States
在量子化学中，获得系统的平均场解并以后哈特里-福克（HF）方式结合电子相关性是基态计算的标准协议之一。原则上，该方案也可以描述激发态，但目前没有被广泛使用，主要是由于难以定位平均场激发态。随着激发态轨道弛豫的最新发展，自洽的激发态解现在可以在各种理论水平上找到。在这项工作中，我们探讨了使用Møller-Plesset微扰理论对HF激发态进行二阶修正的可能性。在各种PT 2的变体，我们发现，受限制的开壳层MP2（ROMP 2）的激发能相比，最好的密度泛函理论的结果，提供$\sim 0.2$ eV的平均无符号误差在很宽的范围内的单配置态函数激发，只有非迭代$O(N^5)$计算缩放。
2020-08-31 physics.chem-ph quant-ph
The lowest excited configuration of harmonium
长久以来，谐振子模型一直被认为是量子化学中一个精确可解的实验台[Heisenberg，1926]。对于关联能的研究，迄今为止只考虑了系统的基态。这是自旋单态。在这项工作中，我们详尽地研究了最低激发态（自旋三重态）的harmonium状态，其主要目的是重新审视纠缠措施和相关能量之间的关系，这是完全不同的物种。这项任务是更容易工作与维格纳quasiprobbabilities相空间。
2012-08-18 math-ph math.MP physics.atm-clus
Ground and excited potential energy surfaces for CaF+Ca interactions and isotope exchange reactions
University of Warsaw（华沙大学）；JILA, NIST, and Department of Physics, University of Colorado, Boulder（JILA、美国国家标准与技术研究院和科罗拉多大学博尔德分校物理系）
研究激光冷却的CaF和Ca在基态和激发态下分子间相互作用，用从头算量子化学方法计算势能面，结合多种方法分析，发现三聚体基态深且各向异性，激发态也强束缚，还讨论了相关原子交换反应途径。
2026-07-15 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.chem-ph
Folded Spectrum VQE : A quantum computing method for the calculation of molecular excited states
本文提出 FS-VQE，通过折叠谱与泡利分组扩展 VQE，以较低成本直接计算目标能量附近的分子激发态，并在 H₂ 和 LiH 上达到化学精度。
2024-02-29 physics.chem-ph quant-ph
Interactions and cold collisions of AlF in the ground and excited electronic states with He
Faculty of Physics, University of Warsaw（华沙大学物理学院）
本文通过高精度从头算势能面和耦合通道计算，研究了AlF在基态和激发电子态下与He的碰撞散射特性，为优化AlF缓冲气体冷却提供了理论依据。
2024-05-06 physics.atom-ph physics.chem-ph
Excited-state calculations with quantum Monte Carlo
量子蒙特卡罗方法是第一原理的方法，近似解决薛定谔方程随机。与传统的量子化学方法相比，它们提供了重要的优势，如能够处理各种各样的多体波函数，有利的缩放与粒子的数量，和内在的并行算法，特别适合于现代大规模并行计算机。在这一章中，我们集中在两个量子蒙特卡罗方法最广泛地用于电子结构问题，即变分和扩散蒙特卡罗方法。我们特别注意的波函数，一个具有挑战性的和重要的一步，以实现准确的结果，在地面和激发态的优化技术的最新进展。最后，我们概述了分子系统的激发态计算的现状，展示了量子蒙特卡罗方法在这一领域的应用潜力。
2020-02-10 physics.chem-ph physics.comp-ph
Many-molecule reaction triggered by a single photon in polaritonic chemistry
光化学第二定律指出，在大多数情况下，对于被分子集合吸收的每个光子，不超过一个分子被激活用于激发态反应。在这项工作中，我们证明，它是可能的，触发多分子反应，仅使用一个光子，通过强烈耦合的分子系综到一个受限的光模式。系统的混合态（所谓的极化激元）的集体性质导致形成一个极化激元“超分子”，涉及所有分子的自由度，打开一个反应路径，所有参与的分子经历化学转化。我们从理论上研究了这种效应发生和增强的系统条件。
2017-04-24 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Fast and Scalable GPU-Accelerated Quantum Chemistry for Periodic Systems with Gaussian Orbitals: Implementation and Hybrid Density Functional Theory Calculations
针对平面波基组下固态材料杂化DFT模拟的HF交换计算瓶颈，提出基于高斯轨道的GPU加速周期性系统积分算法，集成于TeraChem中可单卡模拟大晶胞，支持多GPU并行，助力扩展材料性质与动力学模拟。
2024-10-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Excited state orbital optimization via minimizing the square of the gradient: General approach and application to singly and doubly excited states via density functional theory
我们提出了一种通用方法来收敛任何量子化学轨道优化过程的激发态解，而没有变分崩溃的风险。当通过有限差分方法实现时，所得到的平方梯度最小化（SGM）方法仅需要解析能量/拉格朗日轨道梯度，并且仅花费基态轨道优化（每次迭代）的3倍。将SGM应用于单决定子$Δ$自洽场和自旋纯化受限开壳层Kohn-Sham（ROKS）方法，研究了轨道优化DFT激发态的精确性.结果发现，SGM可以收敛具有挑战性的状态，其中最大重叠方法（Maximum Overlap Method，简称SGM）或类似方法要么崩溃到基态，要么无法收敛。我们还报告说，$Δ$ SCF/ROKS预测高度准确的双激发态（这是无法通过TDDFT）的激发能。还发现通过ROKS获得的单激发态相当准确，特别是对于挫败（半）局部TDDFT的里德堡态。我们的研究结果表明，轨道优化的激发态DFT方法可以用来推动过去的限制TDDFT的双激发，电荷转移或里德伯态，使它们成为一个有用的工具，实用的量子化学工具箱研究大系统中的激发态。
2019-11-12 physics.chem-ph quant-ph
A comprehensive theory for relativistic polaritonic chemistry: a four components ab initio treatment of molecular systems coupled to quantum fields
本文提出基于相对论QED的Pol-DHF从头算方法，用于研究重原子分子与量子场的强耦合，能同时描述极化激元效应、相对论效应及自旋-轨道耦合，并在金属氢化物中验证了两类效应量级可比。
2025-07-02 physics.chem-ph
Methods of Modern Differential Geometry in Quantum Chemistry: TD Theories on Grassmann and Hartree-Fock Manifolds
详细分析了有限维射影空间上的哈密顿和薛定谔发展方程。引入Hartree-Fock（HF）流形作为多电子投射态空间的子流形。研究了该流形上的精确的和线性化的发展方程。比较矩阵的线性化薛定谔方程的许多电子投影空间和相应的HF流形上揭示了外观在HF的情况下的约束矩阵，涉及矩阵元素之间的HF状态和双激发行列式的多电子哈密顿量。通过微扰分析，建立了跃迁能与约束矩阵的矩阵元之间的关系。结果表明，含时HF理论计算跃迁能的成功主要是由于这些跃迁能作为约束矩阵的矩阵元的函数的行为与精确跃迁能相比是错误的
2007-07-25 math-ph math.MP physics.chem-ph
QuantumChem-200K: A Large-Scale Open Organic Molecular Dataset for Quantum-Chemistry Property Screening and Language Model Benchmarking
QuantumChem-200K通过提供大规模有机分子数据集和微调语言模型，实现了光引发剂筛选和光敏感材料发现的高效预测。
2025-11-23 cs.AI cs.LG physics.chem-ph
Variational Quantum Annealing for Quantum Chemistry
本研究提出变分量子退火（VarQA）算法及digitizer参数搜索策略，可基于量子退火器制备拟设态，能处理非玻尔兹曼分布，在20自旋轨道分子的基态与激发态势能面计算中验证了有效性，可实现电子结构计算的可扩展拟设。
2025-03-19 physics.chem-ph quant-ph
Excited states in auxiliary field quantum Monte Carlo
本研究系统探讨了在AFQMC中计算激发态的方法，发现使用EOM-CCSD作为试探态比基于活性空间的组态相互作用更准确，能将开壳层单重态的激发能误差降低约一半，使AFQMC成为低能激发态的高精度可扩展补充方法。
2025-09-15 physics.chem-ph
Role of enviromental dynamic polarizability in static excited state properties of embedded molecular systems: Application to disordered fluorographene systems
我们提出了一个扩展的标准极化量子力学/分子力学（QM/MM）方法来处理嵌入式系统的激发态性质的环境效应。利用微扰理论对系统与环境的耦合进行量子描述，建立了一个量子极化原子模型。我们的模型提供了一个更一般的环境，包括频率依赖的原子极化率的描述，而不损失的计算简单的QM/MM方法。可极化QM/MM方法中的经典可极化原子描述可以作为本模型的一个极限情况得到。这使我们能够精确的近似和假设的系统固有的经典极化原子描述的环境。我们将我们的方法应用于基于氟化石墨烯（FG）的系统，以研究FG片对FG表面上杂质的激发态性质的影响。比较全量子化学计算和标准极化QM/MM方法对无序fluorograhene团簇揭示了原子极化率的频率依赖性的重要性，为适当的治疗环境的影响上的过渡能的变化和相互作用能。
2018-08-07 physics.chem-ph
Constrained Optimization Algorithms for Orbital Optimization in Quantum Chemistry
Westlake University（西湖大学）
提出模块化约束轨道优化框架，通过分离电子结构求解器与轨道优化器，利用隐式最速下降算法在Stiefel流形上更新轨道，降低能量并改善收敛性。
2026-06-17 physics.chem-ph
Transferable Machine Learning Potential X-MACE for Excited States using Integrated DeepSets
本文提出将 Deep Sets 集成进 MACE 的 X-MACE 模型，以平滑表示激发态势能面并提升锥形交叉区域建模精度，实现基态到激发态及跨化学空间的可迁移性。
2025-02-18 physics.chem-ph
Remote control of chemistry in optical cavities
化学反应性的操纵通常涉及改变试剂或环境条件。或者，光和物质之间的强耦合提供了一种方法来可调地杂交它们的物理化学性质，从而改变反应动力学，而无需对起始材料进行合成修饰。在这里，我们从理论上设计了一个极化激元（混合光子分子）设备，支持超快调谐的反应产率，即使当催化剂和它的反应物在几个光学波长的空间分离。我们演示了如何在一个光学微腔的“远程催化剂”的光激发可以控制在另一个微腔的反应物的光化学。利用离域跨越空间分离的化合物，所产生的强腔分子耦合，这种有趣的现象是红外诱导的\textit{cis} $\rightarrow$ \textit{trans}构象异构化的亚硝酸（HONO）。事实上，增加远程催化剂的激发态数量可以将异构化效率提高一个数量级。本文报道的理论建议是可推广到其他反应，从而介绍了一个通用的工具来控制光化学。
2018-11-16 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Excited state calculations using phaseless auxiliary-field quantum Monte Carlo: potential energy curves of low lying C2 singlet states
我们表明，最近开发的无相辅助场量子蒙特卡罗（AFQMC）方法可用于研究激发态，为标准量子化学方法提供了一种替代方案。无相AFQMC方法的计算成本与系统尺寸M成M^3-M^4比例，已被证明是基态计算中最精确的多体方法之一。对于激发态，通过引入试探波函数的近似无相约束，实现了对塌缩到基态的防止和对费米子符号/相位问题的控制。以具有挑战性的C2分子为例，计算了基态和两个低单重态激发态的势能曲线。试验波函数是通过截断完整的有源空间波函数而获得的，没有进一步的优化。使用小基组的无相位AFQMC结果与精确的全组态相互作用计算结果吻合良好，而使用大基组的结果与实验光谱常数吻合良好。
2008-11-25 cond-mat.str-el physics.chem-ph physics.comp-ph
Photo-Chemical Applications of Phase-Modulus Interdependencies
在对乔舒亚·乔特纳的赞誉之后，我们追溯了他在物理学著作中的化学背景的影响。在此过程中，我们注意到物理学在原理（或大尺度定律）方面的丰富性和化学的事实导向性。接下来，我们转向最近的激光诱导电子分离实验，并利用我们以前研究的（复）时域中的发展波包的分析性质，将优化的激光场的相位与其强度联系起来。这些结果可用于减少相强度控制反应动力学中脉冲优化的工作量。相位强度的相互依赖性也建立在模拟结果（获得与END算法）的光激发氢分子。
2004-06-25 physics.chem-ph
SpinAdaptedSecondQuantization.jl 1.0 -- A Simple and Pedagogical Approach to Symbolic Quantum Chemistry
针对手动开发电子结构方法耗时易错的问题，提出开源Julia包SpinAdaptedSecondQuantization，通过自动化自旋适配符号处理，支持多粒子系统新方法原型化，加速从理论到代码的转化。
2025-08-25 physics.chem-ph
Variational low-energy subspaces for chemically accurate excited states
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Università degli Studi di Milano（米兰大学）；Sorbonne Université（索邦大学）
提出将变分激发态优化重新表述为电子哈密顿量低能子空间的迭代类基态问题，开发了EXIDOS方法，无需显式正交约束或对称性，在多个分子体系中实现化学精度。
2026-06-03 cond-mat.str-el physics.chem-ph quant-ph
