Understanding the role of predictive time delay and biased propagator in RAVE
在这项工作中，我们重新审视了我们最近的迭代机器学习（ML）-分子动力学（MD）技术“用于增强采样的重加权自动编码变分贝叶斯（RAVE）”（Ribeiro，Bravo，Wang，Tivary，J. Chem. Phys. 149 072301（2018）和Wang，Ribeiro，Tivary，Nature Commun. 10 3573（2019）），并分析和形式化它的一些近似。这些措施包括：（a）预测时间延迟的选择，或者ML应该在未来多远尝试预测来自MD的给定系统输出的状态，以及（b）对于短时间延迟，在将动态的有偏传播器近似为无偏传播器时产生了多大的误差。我们通过一个主方程框架来证明为什么只要采用一个小的非零值，时间延迟的确切选择就无关紧要。我们还得到了一个修正，以重新加权有偏传播子，有点让我们不满，但也让我们放心，发现它几乎没有区别，我们以前推导和使用的直观图像。
2020-02-14 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
A Residence-Time Approach for Determining Position-Dependent Diffusivities from Biased Molecular Simulations
University of California, Irvine（加州大学尔湾分校）
本文提出一种基于驻留时间的方法，用于从有偏分子动力学模拟中确定位置依赖的扩散系数，无需谐振限制模拟或噪声时间相关函数的数值积分，通过验证不同膜系统中的扩散系数分布。
2026-08-14 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Pair Approximating the Action For Molecular Rotations in Path Integral Monte Carlo
University of Waterloo（滑铁卢大学）
本文提出配对-DVR方法用于研究分子旋转，通过配对因子化和PIGS范式结合，提高路径积分蒙特卡洛计算的收敛性与准确性。
2024-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.atm-clus
Atomic Permutationally Invariant Polynomials for Fitting Molecular Force Fields
我们介绍并探索了一种用于构建小分子力场的方法，该方法将直观的低体阶经验力场项与最近机器学习潜力的数据驱动统计拟合的概念相结合。我们将这两个关键思想结合在一起，以弥合一方面具有高度可转移性的已建立经验力场与另一方面可系统改进并可收敛到非常高精度的机器学习潜力之间的差距。我们的框架扩展了原子置换不变多项式（aPIP）开发的元素材料[马赫。学习.格：Sci. 2019 1 015004]中描述的分子系统。体序分解使我们能够保持每个项的维数较低，而使用迭代拟合方案以及正则化程序可以提高训练集外的外推。我们调查aPIP力场与广义4体条款，并检查一组小的有机分子的性能。在拟合单个分子时，我们实现了高水平的准确性，可与多体机器学习力场的准确性相媲美。拟合到短直链烷烃的组合训练集，aPIP力场的准确性仍然显著超过从经典经验力场可以预期的，同时保留到远离训练集和新分子的两种配置的合理可转移性。
2020-10-23 physics.chem-ph physics.comp-ph
Variational cross-validation of slow dynamical modes in molecular kinetics
马尔可夫状态模型（MSMs）是一种广泛使用的方法，用于近似分子动力学传播子的本征谱，从而深入了解生物分子系统的长时间尺度统计动力学和慢动力学模式。然而，缺乏一个统一的理论框架来选择替代模型阻碍了进展，特别是对于非专家将这些方法应用于新的生物系统。在这里，我们考虑交叉验证与一个新的目标函数的估计这些缓慢的动力学模式，广义矩阵瑞利商（GMRQ），它衡量的能力的秩- $m$投影算子捕捉系统的慢子空间。它示出的变分定理的边界GMRQ从上面的第一个$m$特征值的系统的传播的总和，但这个界可以被违反时，所需的矩阵元素估计受到统计不确定性。这种过拟合可以通过交叉验证来检测和避免。这些结果使得有可能构建马尔可夫状态模型的蛋白质动力学的方式，适当地捕捉系统和统计误差之间的权衡。
2015-03-27 math.ST physics.bio-ph physics.chem-ph
Graphics processing units accelerated semiclassical initial value representation molecular dynamics
本文介绍了一种用于振动分子光谱计算的半经典初值表示（SC-IVR）传播子的图形处理单元（GPU）实现。时间平均制定的SC-IVR功率谱计算。提供了关于半经典代码的GPU实现的细节。考虑了原子数量不断增加的四种分子，GPU计算的振动频率与基准值完全匹配。讨论了两个GPU（NVIDIA Tesla C2075和Kepler K20）分别与两个CPU（Intel Core i5和Intel Xeon E5- 2687 W）的计算时间缩放以及与GPU实现相关的关键问题。计算时间和功耗的减少是显着的，半经典GPU计算被证明是环境友好的。
2014-05-08 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Fewest-Switches Surface Hopping with Combined Deep Learning Potential and Long Short-Term Memory Network Propagator for Simulating Realistic Photochemical Processes
Key Laboratory of Theoretical and Computational Photochemistry of Ministry of Education, College of Chemistry, Beijing Normal University（教育部理论计算光化学重点实验室，北京师范大学化学学院）；Department of Chemistry, University of Washington（华盛顿大学化学系）
本文提出扩展的LSTM-FSSH框架，通过重新设计LSTM输入特征和训练过程，结合等变神经网络构建势能面，高效模拟真实光化学反应，准确再现激发态寿命和产物产率。
2026-05-22 physics.chem-ph
Low-energy unphysical saddle in polynomial molecular potentials
多原子分子的振动光谱通常由绝热势在最小值附近的多项式展开得到。对于几个分子，我们表明，这样的近似显示一个非物理的鞍点相对较小的能量，导致一个区域的潜力是负的和无界的。这为振动水平的可靠评估提出了上限。我们认为，这种鞍点的存在是普遍的。
2014-02-03 cond-mat physics.chem-ph
The Importance of the Pre-exponential Factor in Semiclassical Molecular Dynamics
本文讨论了半经典分子动力学中指前因子的近似问题。指前因子很重要，因为它解释了经典费曼路径涨落对半经典传播子的量子贡献。在模拟混沌或复杂系统时，指前因子近似是必要的。我们介绍了指数前因子近似的基础上分析的考虑或数值正则化。近似测试功率谱计算越来越多的混沌模型系统和几个分子，精确的量子力学值。结果表明，所引入的指前因子近似具有足够的精度，可以安全地用于复杂系统的半经典模拟。
2016-12-02 physics.chem-ph quant-ph
Peptide Folding Kinetics from Replica Exchange Molecular Dynamics
我们展示了如何从复制交换分子动力学（REMD）模拟中提取准确的动力学信息，如蛋白质折叠和展开的速率。从复制品交换之间的短暂和连续的轨迹段，我们估计短期传播子的构象空间，并使用它们来构建一个主方程。对于一个螺旋肽在明确的水，我们确定的过渡率既本地微观构象状态和全球性的折叠和展开。我们表明，在~1/（100 ns）到~1/（1 ns）范围内的准确率可以从REMD与交换时间为5 ps，在很好的协议与长平衡分子动力学的结果。
2008-02-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
An Oracle-Free Quantum Algorithm for Nonadiabatic Quantum Molecular Dynamics
本文提出一种无需Oracle的量子算法，用于非绝热量子分子动力学，通过直接应用非绝热哈密顿算子作为分裂算子传播器，验证了动态可观测量，展示了多模式和多通道扩展中的电路优化，以及量子电路在容错尺度下的资源估计优势。
2026-04-21 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Latent Spaces for Langevin Dynamics
University of California, Santa Cruz（加利福尼亚大学圣克鲁兹分校）
本文提出了一种通用的粗粒化嵌入函数族，使得 Langevin 动力学能够正确采样，并为非几何粗粒化表示上的 Langevin 动力学提供了新方法。
2025-12-08 physics.chem-ph
Velocity jump processes : an alternative to multi-timestep methods for faster and accurate molecular dynamics simulations
我们提出了一种新的路线，以加快分子动力学，通过使用速度跳跃过程，允许一个自适应的时间步长特定于每个原子-原子对（2体）的相互作用。我们首先介绍新的速度跳跃分子动力学的形式主义，遍历相对于典型的措施。然后，我们介绍了新的BOUNCE积分器，允许远程部队进行评估，在随机和最佳的时间步长，从而大大节省直接空间。第一个BOUNCE实现专用于经典（非极化）力场的准确性和计算性能进行测试的情况下，纯直接空间液滴样模拟和周期性边界条件（PBC）模拟使用光滑粒子网格埃瓦尔德。BOUNCE再现几个凝聚相性能的能力进行了分析。由于静电和范德华2体贡献的评估比使用1fs时间步长的标准积分器少得多，因此观察到高达400%的直接空间加速度。将可逆参考系传播子算法（BRONA（1））应用于倒易空间（多体）相互作用，使BOUNCE-BRONA（1）在PBC中保持较大的加速比，同时保持精度。总体而言，我们表明，取代BAOAB积分的BOUNCE自适应框架保留了类似的精度，并导致显着的计算节省。
2020-06-09 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
A correlated-polaron electronic propagator: open electronic dynamics beyond the Born-Oppenheimer approximation
在这项工作中，我们发展了一个理论的相关多电子动力学打扮的存在下，一个有限温度的谐波浴。该理论是基于从头算哈密顿量，因此定义良好，除了任何唯象选择集体基态或电子耦合模型。运动方程包括一些浴效应非微扰，并可以用来模拟线形状超越马尔可夫近似和开放的电子动力学，这是最近重新感兴趣的主题。能量的转换和传输主要取决于电子-电子耦合与电解质-电子耦合的比率，如果使用多电子态的唯象基础来开发电子运动运动方程，则该比率是拟合参数。由于目前的工作不呼吁任何这样的基础，它避免了这种模糊性。新理论产生了超越绝热玻恩-奥本海默态的细节水平，但与玻恩-奥本海默方法一样具有成本缩放。在发展这个模型的同时，我们还首次将无时间卷积微扰理论应用于关联分子激发。共振响应特性的形式给出了没有唯象参数。示例传播与发展的代码给出了展示在开放系统中的吸收光谱，振动结构和衰减的电子相关的治疗。
2012-10-02 cond-mat.other physics.chem-ph quant-ph
Accelerating Molecular Dynamics Simulations with Foundation Neural Network Models using Multiple Time-Step and Distillation
Sorbonne Université（索邦大学）；Qubit Pharmaceuticals（Qubit制药）
通过多时间步和蒸馏技术，利用基础神经网络模型加速分子动力学模拟，实现显著的计算效率提升。
2026-01-09 physics.chem-ph
New, Highly Accurate Propagator for the Linear and Nonlinear Schrödinger Equation
Academic College of Tel-Aviv Yaffo（特拉维夫雅法学术学院）；The Hebrew University（希伯来大学）
研究了一种基于修正指数演化算子的多项式逼近的传播方法，用于求解时间相关薛定谔方程，并推广到处理时间相关右端项和时变或非线性算子的情形，数值实验验证了其高精度。
2012-04-17 cs.NA math.NA physics.chem-ph
Assessment of Three Databases for the NASA Seven-Coefficient Polynomial Fits for Calculating Thermodynamic Properties of Individual Species
这项工作认为，由美国国家航空航天局（NASA）提出的七系数多项式，以方便获得一个归一化值的理想气体或冷凝器的物质在一个温度区间的三个热力学标准状态的具体性质。这些性质是恒压下的热容、绝对焓（显热焓加上由于化学或物理变化产生的热含量）和熵。在公开的文献中，可以找到几个数据库的多项式系数与变化的物种的数量包括或覆盖的温度范围，这就提出了一个问题，是否选择一个数据库使用这些评估的热力学性质有重要影响。针对这一点，我们比较和评估了NASA 7-系数多项式的三个数据库，在从300 K到3500 K的选定温度范围内，以及在燃烧或工业过程中遇到的六种常见气体物种，它们是分子氧（O2），分子氮（N2），分子氢（H2），甲烷（CH 4），二氧化碳（CO2），水蒸气（H2O）。我们的比较表明，尽管系数的值不同，但它们的预测没有显着差异。然而，在匈牙利布达佩斯的罗兰大学（ELTE）托管的Alexander Burcat教授的最新（第7版）数据库与其他两个数据库（一个随模拟包OpenFOAM 6提供，另一个由天然气反应机制GRI-MECH 3.0提供）相比，显示出优越的功能。
2021-08-10 physics.chem-ph
Towards Quantum Simulation of Chemical Dynamics with Prethreshold Superconducting Qubits
研究了双原子分子碰撞复合物的单激发子空间（SES）普适量子模拟方法。假设一个系统的$n$可调耦合，和全连接的超导量子比特，计算中进行的$n$维SES直接映射到一个$n$通道碰撞问题内的非绝热分子波函数表示。在这里，我们概述了在经典计算机上求解$n$维分子基础上的含时薛定谔方程的方法--所谓的半经典分子轨道密耦（SCMOCC）方法--并将处理扩展到直线、等速近似之外，该近似仅限于大动能（$\gtrsim 0.1$ keV/u）。我们探索各种多通道的潜在的平均计划和Escherifest对称化的方法，允许应用的SCMOCC方法，以更低的碰撞能量（接近1 eV/u）。此外，各种传播的计算效率的研究进行加速经典计算机上的计算。这些计算重复的SES方法的模拟，假设典型的参数为现实pretheshold超导量子计算硬件。简要讨论了未来SES处理器应用于大分子碰撞系统量子动力学研究的可行性。
2016-01-30 physics.chem-ph quant-ph
Methods for molecular dynamics with nonadiabatic transitions
我们展示了如何在量子电子跃迁的存在下，Pechukas多年前提出的经典核运动的动态非局部制剂可以在时间上使用依赖于时间的微扰理论本地化，以给出一个冲力的行为时，轨道之间的电子表面跳跃。这种冲力的作用完全等价于在非绝热耦合矢量的方向上调整核速度以保持能量，这是一种广泛用于表面跳跃轨道方法的程序。这是第一次之间的精确联系，这两个配方的非绝热动力学问题已被认为是。我们还证明了Pechukas理论的核心是约化传播子的定相近似，由于它忽略了非定态路径，因此它不是酉的。因此，基于这种近似的混合量子经典演化方案不是范数守恒的，并且通常不能在不同的竞争电子态之间给出正确的分支。Tully的相位相干、最少开关分支算法保证了范数守恒。然而，由于使用了近似的局部动态，这种方法预测的不同替代方案之间的分支可能是不准确的。我们探索这些不同的近似使用塔利的一维两个状态的例子散射问题，数值精确的结果很容易得到的相对优点。
1994-08-13 chem-ph physics.chem-ph
'Divide-and-conquer' semiclassical molecular dynamics: An application to water clusters
本文利用我们最近建立的分治半经典方法[M。Ceotto，G. Di Liberto和R. Conte，Phys. Rev. Lett. 119，010401（2017）]。这种技术使我们能够模拟量子振动光谱的高维系统从全维经典轨迹和投影的半经典传播到一组较低的维子空间。所采用的势能面是一个多体表示的三体条款，其中单体和两体相互作用描述的高水平Wang-Huang-Braams-Bowman（WHBB）水的潜力，而对于三体相互作用，计算采用快速置换不变的从头计算表面在同一水平的WHBB三体势的理论。应用范围从水二聚体到水十聚体，一个由84个振动自由度组成的系统。结果一般与文献中以前的变分估计。这是特别真实的弯曲和高频拉伸运动，而氢键的强烈影响的模式的估计是红移，在少数情况下，甚至大幅，作为一个结果的动力学和全球图片所提供的半经典方法。
2018-03-13 physics.atm-clus physics.chem-ph quant-ph
A Model Order Reduction Algorithm for Estimating the Absorption Spectrum
吸收光谱的光谱内部的从头计算描述提出了现代电子结构理论的理论和计算的挑战。由于该域在中到大尺寸系统的量子传播子的本征谱中通常具有谱密集的特征，基于传播子的部分对角化的传统方法经常遇到振荡和停滞收敛。电子结构方法通过解决光谱位移线性系统（如复偏振传播子）来解决分子响应问题，提供了一种与潜在的光谱密度或域位置无关的替代方法。这种普遍性带来了看似很高的计算成本，这与在感兴趣的谱域的一些离散化中为每个谱偏移求解大型线性系统相关联。我们提出了一种新的，自适应的解决方案，通过插值模型降阶技术的基础上。模型降阶降低了数学模型的计算复杂性，在动力系统仿真中普遍存在。该算法的效率和有效性的从头计算预测的X-射线吸收光谱证明使用具有挑战性的水簇的测试集，这是光谱密集的附近的氧K-边。基于一个单一的，用户定义的公差，我们自动确定减少模型的顺序和近似的吸收光谱到给定的公差。我们还说明了自动确定的模型阶数随问题维数的增加而增加，相比之下，能量窗口内的特征值的数量呈线性增加。此外，我们观察到，所提出的算法的计算成本只规模二次相对于问题的尺寸。
2017-08-30 cs.CE physics.chem-ph
