A thousand fermions in a 3D harmonic trap via Monte Carlo simulations
本文利用相似变换传播子构造特殊波函数，结合蒙特卡洛方法，实现了对三维谐振子势阱中一千个自旋平衡费米子能量的精确计算。
2023-10-28 cond-mat.stat-mech nucl-th physics.comp-ph
Multiscale Monte Carlo for simple fluids
我们介绍了一种多尺度蒙特卡罗算法来模拟稠密简单流体。更新的概率在其长度尺度上遵循幂律分布。粒子群的集体运动需要Metropolis更新规则的推广来施加细致平衡。我们应用该方法模拟的Lennard-Jones流体和传统的蒙特卡罗和分子动力学，消除流体动力学减慢效率的提高。
2006-09-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Irreversible Markov chain Monte Carlo algorithm for self-avoiding walk
针对违反细致平衡条件且满足平衡条件的自回避行走问题，提出了一种不可逆马尔可夫链蒙特卡罗算法。它的性能显着提高相比，Berretti-Sokal算法，这是一个变种的大都会黑斯廷斯方法。所获得的效率随着空间维度（D）而增加，从2D中的大约$10$倍增加到5D中的大约$40$倍。我们模拟了SAW的5D超立方晶格周期性的边界条件下，一个系统的线性尺寸高达$L=128$，并确认，作为5D伊辛模型，SAW的有限尺寸标度是由重整化指数$ν^*=2/d$和$γ/ν^*=d/2$。确定临界点，其比最佳可用估计值精确约$8$倍。
2017-01-02 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Fast and accurate quantum Monte Carlo for molecular crystals
计算机模拟在现代材料科学中起着核心作用。一个给定的计算方法的效用很大程度上取决于它提供的准确性和计算成本之间的平衡。分子晶体是一类具有重要技术意义的材料，即使是最复杂的\emph{ab initio}电子结构理论也难以准确描述。这部分是因为它们通过弱分子间力的平衡结合在一起，但也因为分子晶体的原始晶胞通常比原子固体的原始晶胞大得多。在这里，我们证明了扩散量子蒙特卡罗（DMC）提供了一个令人惊讶的温和的计算成本的分子晶体的不同的一组亚化学的准确性。因此，我们预计DMC可以在理解和预测大量分子晶体的性质方面发挥重要作用，包括由其他高精度方法远远无法达到的相对较大分子构建的分子晶体。
2018-02-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Event-Chain Monte-Carlo Simulations of Dense Soft Matter Systems
讨论了无排斥事件链蒙特卡罗算法及其在稠密软物质系统中的应用。事件链蒙特卡罗是标准局部马尔可夫链蒙特卡罗方案的替代方案，其基于细致平衡，例如众所周知的Metropolis-Hastings算法。事件链蒙特卡罗（英语：Event-chain Monte-Carlo）是一种马尔可夫链蒙特卡罗方法，它使用所谓的提升移动来实现全局平衡而没有拒绝（最大全局平衡）。它最初是为硬球系统开发的，但适用于许多软物质系统，特别适合于具有硬核相互作用的致密软物质系统，与局部蒙特卡罗模拟相比，它提供了显着的性能增益。该算法可以推广到处理软相互作用和三粒子相互作用，因为它们自然出现，例如，在珠弹簧模型的聚合物弯曲刚度。我们目前的结果为聚合物熔体，事件链算法可以用于一个有效的初始化。然后，我们移动到大型系统的半柔性聚合物，形成有吸引力的相互作用束，可以作为模型系统的肌动蛋白丝在细胞骨架。事件链算法表明，这些系统形成的网络束粗类似于泡沫。最后，我们提出的结果液晶系统中，事件链算法可以平衡的大型系统包含额外的胶体磁盘非常有效，这揭示了磁盘的并行链。
2021-02-10 cond-mat.soft physics.comp-ph
An axion framework for Particle-in-Cell codes with Monte-Carlo sampling: emission, absorption, and detailed balance in plasmas
University of Oxford（牛津大学）；CEA（法国原子能和替代能源委员会）；Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）；Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa（里斯本大学高等技术学院）；University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）；Rutherford Appleton Laboratory（拉瑟福德·阿普尔顿实验室）
本文提出一种扩展OSIRIS PIC代码的轴子宏粒子物种，通过三种轴子产生通道模拟等离子体中的轴子发射和吸收，验证了详细平衡条件。
2026-04-27 physics.comp-ph
Event-driven Monte Carlo algorithm for general potentials
我们将事件链蒙特卡罗算法从硬球相互作用扩展到一般势的微正则系综（恒定势能）。这种事件驱动的蒙特卡罗算法是非局部的，拒绝自由，并允许打破细致平衡。该算法使用离散化的势，但其运行速度是渐近独立的离散。我们实现了截断线性势的算法，并讨论了它在连续极限下的可能实现。
2011-11-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
An effective introduction to the Markov Chain Monte Carlo method
该研究以种群动力学模型为直观载体，从两态逐步推广至多态离散与连续分布，半严谨地介绍马尔可夫链蒙特卡洛方法的全部核心概念，且经教学验证适合物理高年级本科生可轻松掌握。
2022-04-21 physics.comp-ph physics.ed-ph
Introduction to Monte Carlo Methods
蒙特卡罗方法在科学计算中起着重要的作用，特别是当问题具有广阔的相空间时。在这个讲座中，介绍了蒙特卡罗方法。概念，如马尔可夫链，细致平衡，临界减速，遍历，以及大都市算法的解释。用有限尺寸标度方法数值研究二维伊辛铁磁体的临界行为，说明了蒙特卡罗方法。此外，还描述了先进的蒙特卡罗方法（例如，的沃尔夫集群算法和并行回火蒙特卡罗），并说明了非平凡的模型，从物理学玻璃系统。最后，我们概述了一种方法来研究罕见的事件，使用Monte Carlo抽样与指导功能。
2011-05-04 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
\emph{Ab initio} Quantum Monte Carlo simulation of the warm dense electron gas
热致密物质是等离子体物理中最活跃的前沿领域之一，因为它与致密天体物理学对象以及新型实验室实验（其中物质被强压缩，例如通过高功率激光）相关。它的描述在理论上是非常具有挑战性的，因为它包含在有限温度下的相关量子电子-一个不能用标准分析或基态方法精确建模的系统。近年来，费米量子蒙特卡罗模拟取得了突破性进展。首先，已经表明有限模型系统（$30 \dots 100$电子）的精确模拟是可能的，其避免了任何简化近似，例如固定节点[Schoof { \em et al.}，物理修订版信函{ \bf 115}，130402（2015）]。其次，Dornheim { \em et al.}报道了一种将这些结果精确外推到热力学极限的新方法。[Phys. Rev. Lett. { \bf 117}，156403（2016）]。结果，现在热的稠密电子气的热力学结果是可用的，其具有$0.1\%$量级的前所未有的精度。在这里，我们对这些结果进行了概述，并讨论了局限性和未来的发展方向。
2016-11-08 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Massively parallel Monte Carlo for many-particle simulations on GPUs
当前并行处理器的发展趋势要求为科学计算设计高效的大规模并行算法。粒子热力学系综的蒙特卡罗模拟的并行算法由于其固有的串行性而很少受到关注。在本文中，我们提出了一个大规模并行的方法，遵守细致平衡，并实现了一个系统的硬盘上的GPU。我们再现了一系列高精度蒙特卡罗运行的结果，以验证该方法。这是一个很好的测试案例，因为在液体转变为固体的范围内的硬盘状态方程对偏离平衡条件的小偏差特别敏感。在Tesla K20上，我们的GPU实现每秒执行超过10亿次试验移动，比单个Intel Xeon E5540 CPU内核快148倍，每美元的性能提高27倍，能源使用减少13倍。有了这种改进的性能，我们能够计算多达一百万个硬盘的系统的状态方程。这些大系统的尺寸是必要的，以探测熔化过渡的性质，这在过去的四十年里一直有争议。在本文中，我们提出了我们的计算方法的细节，并讨论了硬盘的热力学单独的配套文件。
2013-08-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Efficient determination of solid-state phase equilibrium with the Mutli-Cell Monte Carlo method
在我们先前介绍的用于模拟相共存的多单元蒙特卡罗（MC）方法的基础上，本文对固体相平衡的有效测定进行了重要的改进。（MC）^2方法使用多个单元格，代表可能的相位。在任意改变各单元的组成后，通过求解质量平衡方程来虚拟地模拟单元之间的传质。然而，在这个过程中寻找最小自由能提出了一个实际问题。质量平衡方程的解不是唯一的，因此算法有陷入非平衡解的风险。因此，目前缺乏（MC）^2的适当停止条件。在这项工作中，我们通过预测-校正算法引入一致性检查，以惩罚不满足化学势等效的必要条件的解决方案，并引导系统走向平衡。（MC）^2的最一般的验收标准是从混合物的等温等压吉布斯熵出发推导出来的。使用该系综，平移MC移动被添加以包括振动激励以及体积MC移动，以完全用MC方法确保恒定压力和温度的条件，而不依赖于用于这些自由度的松弛的任何其他方法。作为一个概念的证明，该方法被应用到两个二元合金的兼容性差距和模型四元合金，使用经典的原子间势。
2020-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Molecular reference corrections for quantum Monte Carlo adsorption energies
SUNCAT Center for Interface Science and Catalysis, SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心界面科学与催化中心）；Department of Chemical Engineering, Stanford University（斯坦福大学化学工程系）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）；Stanford University（斯坦福大学）
针对单行列式固定节点扩散蒙特卡洛（SD-FNDMC）方法在表面热化学中分子参考态误差，提出混合循环将分子形成贡献替换为基准耦合簇参考，校正了Pt(111)和Cu(111)上ORR中间体的吸附能。
2026-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Monte Carlo simulations of glass-forming liquids beyond Metropolis
本文在三维多分散硬球模型中比较多种蒙特卡罗算法，发现局部Metropolis最慢，集体移动或打破细致平衡可提升采样效率，并指出蒙特卡罗仍是计算过冷液体低温性质的高效通用工具。
2024-09-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
An Auxiliary-Field Quantum Monte Carlo Study of the Chromium Dimer
铬二聚体（Cr2）是多体电子结构方法的一个突出挑战。它复杂的结合性质，具有正式的六重键和不寻常的势能曲线，是许多强相关材料中发现的竞争趋势和微妙平衡的象征。本文采用量子蒙特卡罗方法（AFQMC）对Cr 2的势能曲线（PEC）和基态性质进行了近似计算。无约束，精确的AFQMC计算首先进行了中等规模，但现实的基础设置。消除剩余的有限基误差和外推到完整的基组（CBS）的限制，然后实现与无相和精确AFQMC计算的组合。PEC和光谱常数的最终结果与实验非常一致。
2014-10-13 cond-mat.str-el physics.chem-ph physics.comp-ph
Excited states with selected CI-QMC: chemically accurate excitation energies and geometries
我们采用量子蒙特卡罗获得化学精确的垂直和绝热激发能，和平衡激发态结构的小，但具有挑战性的，甲醛和硫代甲醛分子。一个关键的成分是一个强大的协议，以获得平衡的基态和激发态贾斯特罗-斯莱特波函数在给定的几何形状，并保持这样一个平衡的描述，因为我们放松的激发态的结构。我们使用通过选定的配置相互作用方案，其目标是相同的二阶扰动能量校正在不同的几何形状的所有感兴趣的状态产生的行列式组件，我们充分优化所有变分参数在所得到的Jastrow-Slater波函数。重要的是，基态和激发态的激发能以及结构参数与非常紧凑的波函数收敛，该波函数在最小增强的双$ζ$基集中包括几千个决定因素。这些结果已经在变分Monte Carlo水平上得到，更精确的扩散Monte Carlo方法仅产生绝热激发能的小的改进。我们发现，匹配Jastrow-Slater波函数与类似的方差可以产生激励与我们的最佳估计兼容，然而，方差匹配过程需要更大的行列式展开，以达到相同的精度，它是不那么直接的适应结构优化过程中的激发态。
2019-05-16 physics.chem-ph physics.comp-ph
A quantum Monte Carlo algorithm for arbitrary spin-1/2 Hamiltonians
提出一种无参数、可证明遍历且满足细致平衡的通用量子蒙特卡洛算法，适用于任意自旋-1/2哈密顿量，并在多种模型上验证其有效性，代码已开源。
2024-02-14 cond-mat.other physics.comp-ph quant-ph
A rigorous sequential update strategy for parallel kinetic Monte Carlo simulation
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
本文提出一种在并行环境中严格遵守平衡条件的顺序更新方法，保证精确的平衡统计，并在多种并行设置中保持非平衡动力学的最小误差，实现高精度采样。
2014-04-13 cs.NA math.NA physics.comp-ph
Fast-update in self-learning algorithm for continuous-time quantum Monte Carlo
我们提出了一种新的技术，用于加快自学习蒙特卡罗方法应用于单位杂质模型。对于有效哈密顿量由顶点之间的时间坐标差的多项式函数表示的情况，我们可以通过保存和更新每个插入和删除过程的一些系数来消除CPU时间对顶点数目$n$的依赖。结果，单步更新的总成本从$O(nm)$急剧降低到$O(m^2)$，其中$m$是有效哈密尔顿算子中多项式的阶。即使对于现有的算法，其中使用的绝对值，而不是作为变量的多项式函数的差异，我们可以限制的CPU时间为一个单一的步骤的Monte Carlo更新$O(m^2 + m \log n)$的平衡二叉搜索树的帮助下。我们证明，我们提出的算法，只有对数$n$的依赖性实现了指数加速从现有的方法，在低温下遭受严重的性能问题。
2021-06-22 cond-mat.str-el physics.comp-ph
Path-integral Monte Carlo worm algorithm for Bose systems with periodic boundary conditions
详细介绍了用于精确计算正则系综下玻色系统热力学的路径积分Monte Carlo蠕虫算法。该算法完全符合周期性边界条件，适用于模拟均匀相的散装系统，它不需要任何限制的长度的Monte Carlo移动实现采样的概率分布函数的空间中的路径配置。结果是通过采用路径坐标的表示来实现的，其中只有每条路径的初始点在模拟框内，其余路径可以自由地跨越整个空间。因此，对于路径配置的任何更新都可以确保细致平衡，而不会对所涉及的粒子的周期性图像的选择产生模糊。我们基准的算法使用非相互作用的玻色气体模型的配分函数在有限数量的粒子，可以得出确切的结果。收敛问题和方法的热力学极限也解决了相互作用系统的硬球在高密度的制度。
2022-03-30 cond-mat.quant-gas hep-th physics.comp-ph
