Active learning of Boltzmann samplers and potential energies with quantum mechanical accuracy
针对需量子精度的分子系统自由能统计提取计算成本高的问题，提出结合增强采样、深度生成模型与MLP主动学习的自适应MCMC框架，可快速收敛玻尔兹曼分布并计算热力学可观测量，已用于银纳米团簇异构化研究。
2024-04-16 physics.chem-ph physics.comp-ph stat.ML
Quantification of uncertainty in first-principles predicted mechanical properties of solids: Application to solid ion conductors
计算引导的材料发现正越来越多地使用基于筛选器的筛选，通过计算一些感兴趣的属性。精确理解与第一性原理密度泛函理论计算的属性值相关的不确定性对于基于闪烁器的筛选的成功是重要的。贝叶斯误差估计方法已内置到几个最近开发的交换相关泛函，它允许估计与基态能量相关的属性的不确定性，例如吸附能。在这里，我们提出了一个强大的和计算效率高的方法来量化的机械性能，这取决于能源的衍生物的不确定性。该过程包括计算具有不同应变的平衡单元体积周围的能量，并将所获得的能量拟合到相应的能量-应变关系。在每一个应变，我们使用的不是一个单一的能量，能量的合奏，给我们一个合奏的配合，从而，合奏的机械性能与每个配合，其蔓延可以用来量化其不确定性。能量系综的产生只是一个后处理步骤，涉及交换相关泛函参数的扰动和非自洽地求解能量。所提出的方法是计算效率高，并提供了一个更强大的不确定性估计相比，采用几种不同的交换相关泛函的自洽计算的方法。我们证明了该方法，通过计算的不确定性界限硅使用开发的方法。我们表明，计算的不确定性边界使用三种不同的GGA泛函：PBE，PBESol和RPBE获得的属性值。
2016-06-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Quantum mechanical dataset of 836k neutral closed shell molecules with upto 5 heavy atoms from CNOFSiPSClBr
该研究构建了覆盖最多5个重原子的836k中性闭壳层分子数据集VQM24，包含DFT和DMC能量及多种性质，并揭示其原子化能机器学习任务比QM9更难，为量子ML模型提供高保真基准。
2025-06-22 physics.chem-ph
Experimental and Theoretical Investigation of the Crossover from the Ultracold to the Quasiclassical Regime of Photodissociation
在超低能量下，原子和分子经历碰撞和反应，这些最好用量子机械波函数来描述。相反，在更高的能量下，这些过程可以被准经典地理解。在这里，我们从实验和理论上研究了超冷双原子锶分子光解离从量子力学到准经典体系的交叉。这种基本反应是在完全控制分子及其光致碎片的量子态的情况下进行的。的photorfragment角分布成像，并计算使用量子力学模型以及WKB和半经典近似，明确地比较在一个范围内的photorfragment能量。的反应过程中收敛到其高能量（轴向反冲）的限制时，能量超过任何反应障碍的高度。这种现象是定量研究双通道光解使用直观的参数通道振幅和相位。虽然轴向反冲极限通常被发现是很好地描述了一个常用的准经典模型，我们发现，当光碎片是相同的粒子，它们的玻色子或费米子量子统计可能会导致这个模型失败，需要量子力学处理，即使在高能量。
2018-05-24 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
Assessment of mechanical, thermal properties and crystal shapes of monoclinic tricalcium silicate from atomistic simulations
工业阿利特中两种最常见的多晶型物$M_1$和$M_3$在分子尺度上进行了表征。采用不同的方法进行了讨论，以评估这两种多晶型的机械性能和比热。计算的均匀化弹性模量和比热与实验测量结果吻合良好。通过空间杨氏模量的对比分析，发现$M_1$和$M_3$的空间分布分别为各向同性和各向异性。当与$M_3$多晶型物相比时，还报告了$M_1$的更各向同性的压缩强度。裂解能计算允许提出两种多晶型物的平衡形状，具有显著差异。虽然对于两种多晶型物，沿着（100）和（001）发现最低的裂解能，但是构造的$M_1$晶体具有3个独立的晶面，而对于$M_3$多晶型物具有7个晶面。
2020-11-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
An evaluation of machine learning/molecular mechanics end-state corrections with mechanical embedding to calculate relative protein-ligand binding free energies
本文通过108个相对结合自由能计算评估机械嵌入ML/MM端态修正的效果，发现其与参数化良好的MM力场无显著差异，并提出重新拟合扭转势是更高效且方差更低的替代策略。
2024-10-22 physics.bio-ph physics.chem-ph physics.comp-ph
Classical and quantum mechanical plane switching in CO2
经典的平面开关发生在具有明显的1：2共振的系统中，其中具有最低频率的自由度是双退化的。在适当的条件下，人们可以观察到双简并运动发生的平面的周期性和突然的进动。在这篇文章中，我们表明，量子平面开关存在于CO2：基于我们的经典的Hamilton运动方程的解析解，我们描述的依赖于振动角动量和能量的开关的频率和平面开关角。使用这些结果，我们找到最佳的初始波包条件CO2和显示，通过量子力学传播，这样的波包确实显示平面开关在能量约10000 cm-1以上的基态的时间尺度约100 fs。
2006-01-03 physics.chem-ph
Neural Network Potential with Multi-Resolution Approach Enables Accurate Prediction of Reaction Free Energies in Solution
提出一种结合静电嵌入的各向异性消息传递神经网络势能（ML/MM），大幅降低计算成本并实现高效采样，在多种体系自由能计算中与实验高度一致，显著优于传统QM方法。
2024-11-29 physics.chem-ph
Interactions between Large Molecules: Puzzle for Reference Quantum-Mechanical Methods
量子力学方法被广泛用于理解生物学、化学和材料科学中的分子相互作用。量子扩散蒙特卡罗（DMC）和耦合团簇与单，双和微扰三重激发[CCSD（T）]是两个国家的最先进的和值得信赖的波函数方法，已被明确证明，以产生准确的相互作用能的小有机分子。这些方法为广泛使用的半经验和机器学习潜力提供了有价值的参考信息，特别是在实验信息稀缺的情况下。然而，小分子以外的系统的协议是巩固这些方法的基准精度的一个关键的剩余里程碑。在过去几年中，在较大分子中接近这种良好收敛的预测能力已经激励了CCSD（T）以及DMC算法的重大发展，导致解决方案时间减少了几个数量级。在这里，我们表明，CCSD（T）和DMC的相互作用能是不一致的协议为一组极化超分子。虽然协议被发现的一些配合物，在一些关键系统的分歧高达8千卡/摩尔。这导致了高达6个数量级的差异，在相应的结合缔合常数在室温下的系统，这是很好的两种方法的适用性的习惯域内。因此，这些研究结果表明，在扩展分子之间的可重复非共价相互作用时需要更加谨慎。我们的数据与最全面和最强大的波函数方法预测相同的非共价相互作用的预期相矛盾，并表明基准方法的未解决的挑战。
2020-09-18 physics.atm-clus physics.chem-ph
QMugs: Quantum Mechanical Properties of Drug-like Molecules
药物发现以及化学科学其他领域的机器学习方法受益于物理分子特性的策划数据集。然而，缺乏足够大的数据集，包括生物活性分子的第一原理量子化学信息，如单点电子特性，量子机械波函数和密度泛函理论（DFT）矩阵。开放获取的QMugs（类药物分子的量子力学性质）数据集填补了这一空白。QMugs集合包括从ChEMBL数据库中提取的超过665 k个生物学和生物学相关分子的量子力学性质，总计$\sim$ 2 M构象异构体。QMugs包含通过半经验方法GFN 2-xTB获得的优化分子几何形状和热力学数据。原子和分子性质（例如，部分电荷、能量和旋转常数）在GFN 2-xTB和DFT（$ω$ B 97 X-D/def 2-SVP）理论水平上提供。QMugs还包括各自的量子机械波函数，包括DFT密度和轨道矩阵，总计超过7 TB的未压缩数据。该数据集旨在促进模型的开发，这些模型从不同理论水平的分子数据中学习，同时还提供了对分子结构和生物活性之间对应关系的深入了解。
2021-07-30 physics.chem-ph physics.comp-ph
On the over-barrier reflection in quantum mechanics with multiple degrees of freedom
给出了一个二维量子力学系统的解析例子，其中过势垒反射几率的指数抑制随能量非单调变化。抑制在某些“最佳”能量下是最小的，其中反射以比其他能量更大的指数概率发生。
2007-09-25 hep-th nlin.CD physics.atom-ph
QM7-X: A comprehensive dataset of quantum-mechanical properties spanning the chemical space of small organic molecules
我们介绍QM 7-X，一个全面的数据集的42个物理化学性质的$\approx$ 4.2 M平衡和非平衡结构的小有机分子与多达7个非氢（C，N，O，S，Cl）原子。为了跨越化学化合物空间（CCS）的这一根本重要区域，QM 7-X包括（Meta）稳定平衡结构的详尽采样-由结构/结构异构体和立体异构体组成，例如，对映异构体和非对映异构体（包括顺式-/反式-和构象异构体）-以及其100种非平衡结构变体，以达到总共$\approx$ 4.2 M分子结构。QM 7-X在紧密收敛的量子力学PBE 0 +MBD理论水平上计算，包含从基态量（如原子化能量和偶极矩）到响应量（如极化率张量和色散系数）的全局（分子）和局部（分子中的原子）性质。通过提供一个系统的，广泛的和紧密收敛的量子力学计算的物理化学性质的数据集，我们预计QM 7-X将在开发下一代基于机器学习的模型中发挥关键作用，以探索更大范围的CCS和进行具有目标性质的分子的计算机设计。
2020-06-26 physics.chem-ph
Quantum mechanical study of the high-temperature $\mathrm{H}^+ + \mathrm{HD} \to \mathrm{D}^+ + \mathrm{H}_2$ reaction for the primordial universe chemistry
我们使用与时间无关的反应碰撞的量子力学公式来研究态到态的$\mathrm{H}^+ + \mathrm{HD} \to \mathrm{D}^+ + \mathrm{H}_2$化学反应。我们计算的碰撞能量高达1.8电子伏特和速率系数的温度高达10000开尔文的横截面。我们认为HD的最低振动水平$v=0$和旋转水平$j=0$ 4，和H $_2$的振动水平$v'=0$ 3和旋转水平$j'=0$ 9。对于低于4000开尔文的温度，速率系数强烈地随初始转动能级$j$变化，这取决于反应是吸热的（$j\le 2$）还是放热的（$j\ge 3$）。随着最终振动量子数$v'$的增加，反应的可能性也越来越小。我们的研究结果说明了在原始宇宙化学的背景下研究状态到状态反应的重要性。
2019-02-05 astro-ph.CO physics.chem-ph
Quantum Mechanical Treatment of Variable Molecular Composition: From "Alchemical" Changes of State Functions to Rational Compound Design
“炼金术”插值路径，即~沿着没有实际对应关系的虚构路径的耦合系统经常用于材料和分子建模和模拟协议中，用于估计态函数例如自由能的相对变化。我们讨论了炼金术的变化，量子化学的背景下，并提出说明性的数值结果的变化的HOMO本征值的He原子由于一个线性的炼金术隐形传态-同时湮灭和创建的核电荷在不同的位置。为了证明炼金术的一阶导数（赫尔曼-费曼）的预测能力，氟化氢和氯化氢的共价键势，以及在水-水和水-氟化氢二聚体中的范德华结合，分别进行了研究。基于收敛的电子密度为一个配置，炼金术衍生物的多功能性的例子，整个结合电位的筛选具有合理的准确性。最后，我们讨论了非线性耦合势的能量的赫尔曼-费曼导数将产生准确的预测识别的限制。
2015-03-24 physics.chem-ph
How to use quantum computers for biomolecular free energies
University of Copenhagen（哥本哈根大学）；ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；QuSoft, Centrum voor Wiskunde en Informatica（QuSoft，荷兰数学与计算机科学中心）
本文提出利用量子计算与机器学习结合的方法，高效计算生物分子自由能，通过量子嵌套策略提升准确性，适用于大分子体系的模拟。
2025-06-25 cond-mat.str-el physics.bio-ph physics.chem-ph
Understanding Discrepancies of Wavefunction Theories for Large Molecules
针对扩散量子蒙特卡洛与耦合簇理论在百原子级大分子非共价相互作用能上的预测差异，本文定位其来源并改进耦合簇方法，从而提升多电子量子计算在药物、催化和新材料中的可靠性。
2024-07-19 physics.chem-ph
Targeted free energy perturbation revisited: Accurate free energies from mapped reference potentials
我们提出了一种方法，扩展了目标自由能微扰（TFEP）理论计算自由能差和自由能表面在一个准确的量子力学理论水平从一个更便宜的参考电位。通过增加目标分布和参考分布之间的重叠的映射函数来加速收敛。在最近的工作的基础上，我们表明，这张地图可以学习与规范化流神经网络，而不需要模拟昂贵的目标电位，但只有少量的单点计算，并且，至关重要的是，避免了系统误差，发现以前。我们验证的方法，通过数值计算的自由能差在一个系统中的双势阱的潜力，并通过描述一个简单的化学反应在气相中的自由能景观。
2021-08-09 physics.chem-ph physics.comp-ph
Assessment of Density Functional Methods for Exciton Binding Energies and Related Optoelectronic Properties
激子结合能是将受激电子-空穴对解离为自由载流子所需的能量，是影响有机材料光电性能的关键因素之一。然而，目前还不清楚现代量子力学计算，主要是基于科恩-沙姆密度泛函理论（KS-DFT）和时间相关的密度泛函理论（TDDFT），是否可靠准确的激子结合能。在这项研究中，激子结合能和相关的光电性质（例如，用KS-DFT和TDDFT计算了121个小到中等尺寸分子的电离势、电子亲合势、基本能隙和光学能隙）。我们的KS-DFT和TDDFT结果进行了比较，使用高精度CCSD和EOM-CCSD方法分别计算。的omegaB 97，omegaB 97 X，和omegaB 97 X-D的泛函一般优于（平均绝对误差为0.36 eV）的其他泛函的研究性质。
2015-08-29 physics.atm-clus physics.chem-ph physics.comp-ph
Modeling molecular and ionic absolute solvation free energies with quasi-chemical theory bounds
最近发展起来的统计力学准化学理论（QCT）导致了显着的见解溶剂化现象的亲水性和疏水性溶质。QCT精确地将溶剂化自由能分为三个分量：1）内壳层化学，2）外壳层堆积，和3）外壳层长程贡献。在本文中，我们讨论了有效的方法来计算每一个自由能的三个部分。一个贝叶斯估计方法来计算内壳化学和外壳包装的贡献。我们推导出上，下边界的外层长程自由能的一部分，通过表达这一组成部分，在两个等效的方式。局部，高能量的溶质和溶剂之间的接触被消除的空间调节在这个自由能片，导致近高斯分布的溶质-溶剂相互作用的能量。因此，两个平均场边界的平均值产生准确且有效的自由能估计。水溶剂化自由能的结果，提出了几种溶质，包括甲烷，全氟甲烷，水，和钠离子和氯离子。实验结果表明了该方法的准确性和有效性。该方法应证明是有用的计算溶剂化自由能在非均匀的，受限制的环境。
2008-09-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
