Auxiliary-field quantum Monte Carlo study of first- and second-row post-d elements
本文用无相位相干场量子Monte Carlo（AF QMC）方法计算了第一和第二行d后元素（Ga-Br和In-I）的量子效率。该方法在由任意选择的单粒子基定义的Hilbert空间中进行表述，并将多体问题映射为具有外部辅助场的独立粒子解的线性组合。相位/符号的问题是处理近似的无相位形式主义使用一个试验波函数，在我们的计算中被选为Hartree-Fock解决方案。我们使用了Peterson及其同事的一致相关基组，该基组采用了一个小的核心相对论赝势。AF QMC的计算结果与实验、密度泛函（GGA和B3 LYP）和耦合簇CCSD（T）计算结果进行了比较。AF QMC总能量与CCSD（T）在几个毫哈特内的系统和几个基组。计算的原子电子亲合能，电离能，和光谱性质的二聚体，在大的基组，在极好的协议与实验。
2006-08-30 cond-mat.str-el physics.chem-ph physics.comp-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
Hamiltonian symmetries in auxiliary-field quantum Monte Carlo calculations for electronic structure
我们描述了如何将对称性的哈密顿量的量子场的蒙特卡罗计算（AFQMC）。聚焦阿贝尔对称的情况下，我们表明，AFQMC计算的大多数步骤的计算成本减少了$N_k^{-1}$，其中$N_k$是对称群的不可约表示的数量。我们应用的形式主义的分子系统以及几个结晶固体。在后一种情况下，随着k点的数量增加，晶格平移群提供增加的节省，这在实现接近热力学极限的计算中是重要的。对非阿贝尔对称的推广作了简要的讨论。
2019-05-01 physics.chem-ph physics.comp-ph
Auxiliary-field quantum Monte Carlo methods in nuclei
辅助场量子蒙特卡罗方法使得能够计算模型空间中的相关量子多体系统的热和基态性质，所述模型空间比可以通过常规对角化方法处理的模型空间大许多数量级。我们使用构型相互作用壳模型的框架回顾了这些方法在原子核中的最新发展和应用。
2016-07-07 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el nucl-th
Efficient ab initio auxiliary-field quantum Monte Carlo calculations in Gaussian bases via low-rank tensor decomposition
我们描述了一种算法，以减少成本的非相干场量子蒙特卡罗（AFQMC）计算的电子结构问题。该技术使用嵌套的电子排斥积分（ERI）的低秩因式分解。虽然成本的常规AFQMC计算高斯基地规模为$\mathcal{O}(N^4)$，其中$N$是基础的大小，我们表明，基态能量可以通过张量分解计算，减少内存需求和次四次标度。该算法被应用到氢链和正方形网格，水团簇，和六边形BN。在所有情况下，我们观察到显着的内存节省，并为较大的系统，减少，次四次模拟时间。
2019-04-05 physics.chem-ph physics.comp-ph
Higher Order Auxiliary Field Quantum Monte Carlo Methods
辅助场量子蒙特卡罗（AFQMC）方法长期以来一直是强关联电子领域的主力，并且在ALF包（https：//www.example.com）中找到了其最新的实现。alf.physik.uni-wuerzburg.de利用Trotter分解将相互作用从非相互作用哈密顿量中解耦，使得该方法在虚时间片方面具有固有的二阶性。我们表明，由于使用的Hubbard-Stratonovich变换（HST）的时间演化的半群结构的实施，需要引入一个新的家庭的复杂的厄米分裂方法达到更高的顺序。我们将给出这些新方法的例子，并研究它们的效率，以及与其他已建立的二阶和高阶方法的AFQMC方法的领域进行比较。
2020-09-09 cond-mat.str-el physics.comp-ph
Some Recent Developments in Auxiliary-Field Quantum Monte Carlo for Real Materials
场量子蒙特卡罗方法是一种通用的计算关联多电子系统的数值方法，在晶格模型、原子、分子和固体中得到了越来越广泛的应用。本文介绍了该方法的原理和算法，并介绍了该方法的几个最新进展。我们给出了系统的AFQMC的关键步骤，密切跟踪我们正在开发的现代软件库的框架。详细讨论了蒙特卡罗哈密顿量的建立、向基态的投影、二体算符的采样、无相近似和基态性质的测量。本文介绍了一种多行列式试探波函数的先进实现方法，它大大提高了算法的速度，减少了存储器的开销。我们提出了一个自洽约束的实际材料，并讨论了两种口味的实现，无论是通过耦合的AFQMC计算的有效的独立电子计算，或通过自然轨道的计算单体密度矩阵。
2020-09-28 cond-mat.str-el physics.comp-ph
Systematic Comparison and Cross-validation of Fixed-Node Diffusion Monte Carlo and Phaseless Auxiliary-Field Quantum Monte Carlo in Solids
量子蒙特卡罗（QMC）方法是模拟相关电子系统的一些最精确的方法。我们调查的兼容性，优点和缺点的两个这样的方法，即扩散蒙特卡罗（DMC）和量子场蒙特卡罗（AFQMC）。在这两种方法中采用的多行列式试验波函数是使用扰动选择迭代（CIPSI）技术的配置相互作用产生的。在DMC和AFQMC之间的比较研究中，使用CIPSI估计的完全基组全组态相互作用（CBS-FCI）能量作为参考。通过专注于一组典型的有限尺寸的固态系统，我们表明，这两个QMC方法可以系统地收敛到相同的能量，一旦基组效应和系统的偏见已被删除。AFQMC示出了一个小得多的试验波函数比DMC的依赖，同时表现出更大的基组依赖。我们概述了改进这些方法的一些剩余挑战和机遇。
2020-07-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Entanglement and the fermion sign problem in auxiliary field quantum Monte Carlo simulations
费米子的量子蒙特卡罗模拟受到臭名昭著的符号问题的阻碍，其最显著的表现是采样误差随粒子数量呈指数增长。由于符号问题是一个NP难问题，因此任何通用的解决方案都是非常难以捉摸的，相互作用的多费米子系统的蒙特卡罗采样通常被认为是限制在一小类模型系统中，其中一个无符号的基础已经确定。在这里，我们证明了纠缠措施，特别是所谓的Renyi熵，可以内在地表现出一定的鲁棒性对符号问题的非线性场量子蒙特卡罗方法，并可能允许通过其标度行为，即使在一个强的符号问题的存在下，全球基态属性的识别。我们证实了这些发现，通过数值模拟的费米子量子相变的无自旋费米子的蜂窝晶格在半填充和以下。
2015-11-09 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el physics.comp-ph
Symmetry in Auxiliary-Field Quantum Monte Carlo Calculations
我们展示了如何对称性可以用来大大提高电子系统的量子场蒙特卡罗（AFQMC）计算的准确性和效率。以哈伯德模型为例，从Hubbard-Straonovich变换和试探波函数的形式两个方面研究了基态AFQMC计算中的对称性保持问题。结果表明，可以实现显着的改善，超过国家的最先进的计算。在无约束计算中，对称性的实现往往导致更短的收敛时间和更小的统计误差，从而大大减少了符号问题。此外，某些激发态变得可以计算，否则是无法达到的。在具有约束的计算中，对称性的使用可以减小来自约束的系统误差。它还允许释放约束计算，在许多情况下导致基本上精确的结果。与精确对角化结果进行了详细的比较。精确的基态能量，然后提出了更大的系统尺寸在二维排斥哈伯德模型。
2013-09-28 cond-mat.str-el physics.comp-ph
Eliminating spin contamination in auxiliary-field quantum Monte Carlo: realistic potential energy curve of F2
近似参考态波函数的应用|电子多体方法中的φ_r>能破坏Born-Oppenheimer自旋无关哈密顿量的自旋对称性。这可能会导致严重的错误，尤其是当粘合被拉伸或断裂时。本文介绍了一种简单的自旋投影方法，它可以在自旋污染的情况下得到无自旋污染的结果。|Φ_r>。该方法适用于困难的F2分子，这是不受限制的Hartree-Fock（UHF）。用超高频|Phi_r>，自旋污染会导致AFQMC中中间键断裂区域的大系统误差和长平衡时间。自旋投影方法消除了这些问题，并提供了一个准确的势能曲线，从平衡到解离极限使用超高频|Φ_r>。在cc-pVQZ基下得到了实际势能曲线。光谱常数的计算值与实验值符合得很好。
2007-12-12 physics.chem-ph physics.comp-ph
Phaseless auxiliary field quantum Monte Carlo with projector-augmented wave method for solids
本文实现了一种结合投影缀加波方法的无相位辅助场量子蒙特卡罗方法，通过奇异值分解压缩哈密顿量并结合降采样与自然轨道加速收敛，在固体关联能计算中展现出与高精度耦合簇方法相当的精度和更低成本。
2023-04-27 physics.chem-ph physics.comp-ph
Auxiliary field quantum Monte Carlo at the basis set limit: application to lattice constants
University of Vienna（维也纳大学）；VASP Software GmbH（VASP软件有限公司）；Institute for Theoretical Physics, TU Wien（维也纳工业大学理论物理研究所）
本文提出基于平面波的辅助场量子蒙特卡洛方法，在完整基组极限下计算晶格常数，验证了其在结构性质评估中的高精度和可靠性。
2026-02-16 physics.chem-ph physics.comp-ph
Frozen-orbital and downfolding calculations with auxiliary-field quantum Monte Carlo
我们描述了冻结轨道和下折近似的实现在非线性场量子蒙特卡罗（AFQMC）方法。与完全关联所有电子相比，这些方法可以提供显著的计算节省。虽然AFQMC中的多体波函数从来都不是显式的，但它的随机游走子是斯莱特行列式，其轨道可以用任何单粒子轨道基来表示。因此，可以直接将整个N粒子希尔伯特空间划分为活动和非活动部分，以实现冻结轨道方法。例如，在冻结核近似中，核心电子可以在计算的相关部分中被消除，大大提高了计算效率，特别是对于重原子。使用道格拉斯-克罗尔-赫斯理论可以很容易地包含标量相对论效应。使用该方法，我们获得了一种有效消除AFQMC中由于单投影仪、范数保持赝势引起的误差的方法。我们还说明了冻结轨道方法的泛化，该方法将高能基态向下折叠到物理相关的低能扇区，这允许系统的方法来产生现实的模型哈密顿量，以进一步提高扩展系统的效率。
2013-08-06 cond-mat.str-el physics.comp-ph
Stabilizing Canonical-Ensemble Calculations in the Auxiliary-Field Monte Carlo Method
量子蒙特卡罗方法是研究强相互作用费米系统的有力手段。然而，在具有有限精度算法的计算机上实现这些方法需要仔细注意数值稳定性。在二维场蒙特卡罗（AFMC）方法中，低温或大模型空间计算需要数值稳定的矩阵乘法。当将巨正则系综中使用的方法适应于固定粒子数的正则系综时，数值稳定化增加了计算单粒子模型空间大小的一个因子所需的浮点运算的数量，从而可以极大地限制可以研究的系统。我们描述了一种改进的方法，稳定的正则系综计算AFMC表现出更好的缩放，并提出了数值试验，证明了该方法的准确性和改进的性能。
2014-02-14 cond-mat.quant-gas nucl-th physics.comp-ph
Ab initio computations of molecular systems by the auxiliary-field quantum Monte Carlo method
场量子蒙特卡罗（AFQMC）方法提供了一个计算框架，用于求解原子、分子、固体和各种模型系统中的与时间无关的薛定谔方程。AFQMC最近见证了显着的增长，特别是作为一个工具，在实际材料的电子结构计算。该方法已经证明了在各种相关电子系统的出色的准确性。该方法采用非正交斯莱特行列式流形中的随机演化形式，类似于存在波动外部势的密度泛函理论（DFT）计算的整体。它的计算成本规模作为一个低功耗的系统大小，类似于相应的独立电子计算。AFQMC高效且本质上并行，能够充分利用当代高性能计算平台和数值库。在这篇综述中，我们提供了一个自包含的介绍AFQMC的确切和约束的变体，重点是它的应用程序中的分子系统的电子结构。有代表性的结果，并讨论了该方法的理论基础和实施细节。
2017-11-07 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Reducing the complexity of finite-temperature auxiliary-field quantum Monte Carlo
空间场量子蒙特卡罗（AFMC）方法是量子多体系统基态和有限温度模拟的一种强大而广泛使用的技术。我们介绍了几个算法的改进有限温度AFMC计算的稀释费米子系统，减少了计算复杂性的大部分部分算法。这主要是通过减少在辅助场的每种配置中贡献的单粒子状态的数量来实现的，其数量与费米子的数量相当。我们的方法是适用于典型和grand-canonical合奏。我们证明了均匀酉费米气体的方法的计算复杂性降低。
2021-03-17 cond-mat.quant-gas nucl-th physics.comp-ph
Calculation of interatomic forces and optimization of molecular geometry with auxiliary-field quantum Monte Carlo
我们提出了一个精确的，系统的和可扩展的计算原子间的力的算法内的空间场量子蒙特卡罗（AFQMC）方法。该算法依赖于Hellman-Fenyman定理，并在原子轨道基组的存在下结合Pulay校正。我们基准的方法为小分子通过比较计算力的衍生物的AFQMC势能面，并通过直接比较与其他量子化学方法。然后，我们在较大的分子中使用最速下降算法进行几何优化。与现实的基础设置，我们得到的平衡几何形状的协议，统计误差条内，与实验值。在这种方法中，计算力的计算成本的增加只是计算总能量的一个小的前因。这为AFQMC中的几何优化和分子动力学的通用和有效的方法铺平了道路。
2018-03-15 physics.comp-ph
The ALF (Algorithms for Lattice Fermions) project release 1.0. Documentation for the auxiliary field quantum Monte Carlo code
格点费米子算法软件包提供了有限温度辅助场量子蒙特卡罗算法的通用程序。该代码被设计为能够模拟任何模型，该模型可以用单体算子的总和、单体算子的平方和耦合到具有给定动力学的伊辛场的单体算子的总和来编写。我们提供了预定义的类型，允许用户指定的模型，布拉维格以及平等的时间和时间位移的可观的。该代码支持MPI实现。例如蜂窝晶格上的哈伯德模型和耦合到横向伊辛场的正方形晶格上的哈伯德模型的例子在文献中提供和讨论。我们还讨论了如何使用该软件包实现Kondo格点模型和$SU(N)$ -Hubbard-Heisenberg模型。您可以从我们的Git实例下载代码，网址是https://alf.physik.uni-wuerzburg.de，并登录以提交问题。
2017-06-23 cond-mat.str-el hep-lat physics.comp-ph
Metropolis Methods for Quantum Monte Carlo Simulations
自从五十年前首次描述以来，大都会蒙特卡罗方法已经以各种不同的方式用于模拟连续量子多体系统。本文将考虑Metropolis算法在量子蒙特卡罗中的一些推广：变分蒙特卡罗，投影蒙特卡罗的动力学方法（{ \it，即}）。扩散蒙特卡罗方法（带拒绝）、路径积分蒙特卡罗方法中的多级抽样、排列抽样、格点模型的聚类方法、耦合电子-离子系统的惩罚方法和虚时关联函数的贝叶斯分析。
2003-06-25 physics.comp-ph
Auxiliary Field Quantum Monte Carlo for Dilute Neutrons on the Lattice
本研究采用约束路径AFQMC方法，经Hubbard模型基准测试后，用可调 onsite 接触相互作用复现散射参数，初步实现格点下两体到少体中子核系统的计算，为格点核系统研究提供新方法。
2024-04-10 cond-mat.quant-gas nucl-th physics.comp-ph
MontePython: Implementing Quantum Monte Carlo using Python
我们提出了一个跨语言的C++/Python程序的量子力学系统的模拟与使用量子蒙特卡罗（QMC）方法。我们描述了一个系统，其中应用QMC，变分蒙特卡罗和扩散蒙特卡罗的算法，我们描述了如何实现这些方法在纯C++和C++/Python。此外，我们还检查了串行和并行情况下实现的效率，以表明使用Python的开销可以忽略不计。
2006-09-22 cond-mat.other physics.comp-ph
Penalty and auxiliary wave function methods for electronic Excitation in neural network variational Monte Carlo
本文在基于 FermiNet 的神经网络变分蒙特卡洛框架中实现并评估了惩罚方法和改进的辅助波函数方法，用于计算分子低激发态，证明改进 AW 方法更稳健，为激发态研究提供了新的补充工具。
2023-11-29 physics.comp-ph
The impact of Monte Carlo simulation: a scientometric analysis of scholarly literature
对一组与辐射物理相关的代表性学术期刊进行了蒙特卡罗模拟和蒙特卡罗代码的科学计量分析。本研究的结果进行了报告和讨论。他们的文件和定量评估蒙特卡罗方法和代码在科学研究和工程应用中的作用。
2010-12-15 physics.comp-ph
Exchange Monte Carlo for continuous-space Path Integral Monte Carlo simulation
The University of Tokyo（东京大学）；Institute for Physics of Intelligence, The University of Tokyo（东京大学物理智能研究所）；Institute for Solid State Physics, The University of Tokyo（东京大学固体物理研究所）
针对连续空间路径积分蒙特卡罗模拟中因粒子置换导致的长时间自相关性问题，提出一种交换更新方案，结合随机势切换技术，显著加速全局可观测量（如缠绕数）的蒙特卡罗动力学，并提高长程相互作用势的计算效率。
2026-05-23 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Monte Carlo Simulation Techniques
蒙特卡罗模拟广泛应用于包括粒子加速器在内的许多领域。在本讲座中，经过简短的介绍和回顾一些统计背景，我们将讨论的方法，如直接反演，拒绝方法，马尔可夫链蒙特卡罗抽样概率分布函数，方差减少的方法，以评估数值积分使用蒙特卡罗模拟。在本讲座的最后，我们还将简要介绍准蒙特卡罗抽样。
2020-06-18 physics.acc-ph physics.comp-ph
Quantum Monte Carlo Method for Attractive Coulomb Potentials
从时空传播子的精确下界出发，我们提出了一种处理奇异吸引势的路径积分量子蒙特卡罗方法。我们通过模拟氢和氦的基态来说明这种量子蒙特卡罗算法的基本思想。
2001-02-06 physics.comp-ph quant-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
Backward Monte-Carlo applied to muon transport
讨论了一种求解μ子输运问题的反向Monte-Carlo方法，重点讨论了它在μ子图形学中的应用。反向蒙特卡罗允许通过反转模拟流程对最终状态进行排他性采样。在实践中，它可以类似于伴随蒙特卡罗，虽然它更适合于μ子输运。一个后向蒙特卡罗被实现为一个专用的μ子运输库：PUMAS。它示出的情况下，研究相关的muography成像的前向和后向蒙特卡罗方案的实施同意优于1%。
2017-09-07 astro-ph.IM hep-ex physics.comp-ph
Fixed-phase approximation and Diffusion Quantum Monte Carlo
本文给出了量子蒙特卡罗固定相位法的一种简单的计算方法。这适用于分子和电子气中的电子，并直接推广到具有磁场的薛定谔方程。
2018-01-31 physics.comp-ph quant-ph
Monte Carlo and kinetic Monte Carlo methods
本文回顾了使用统计方法进行多尺度模拟的基本计算技术，重点是外延生长的模拟。首先，简要描述了蒙特卡罗模拟背后的物理物理背景。动力学蒙特卡罗（KMC）方法被引入作为更广泛的热力学蒙特卡罗方法的扩展，KMC模拟，包括并行的算法，进行了详细讨论。从原子的图片更粗粒度的描述蒙特卡罗模拟的步骤是表面扩散的情况下举例说明。在这里，我们的目标是推导速率常数的知识有关的基本原子过程。简单的过渡态理论的方法，以及最近的方法，使用加速分子动力学的评论。最后，我解决的一点，简化往往需要在实际的蒙特卡罗模拟，以减少“真正的”原子过程的复杂性。不同的“口味”的kMC模拟和潜在的陷阱有关的复杂性的降低的情况下，模拟外延生长。
2009-04-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Markov Chain Monte Carlo Methods in Quantum Field Theories: A Modern Primer
介绍并讨论了量子场论中的蒙特卡罗方法。介绍了独立蒙特卡罗方法，如随机抽样和重要抽样，以及相关蒙特卡罗方法，如Metropolis抽样和Hamiltonian蒙特卡罗。我们回顾了马尔可夫链蒙特卡罗的基本理论基础。我们给出了几个蒙特卡罗模拟的例子，包括一维简谐振子，具有Gross-Witten-Wadia跃迁的么正矩阵模型和具有动力学超对称破缺的超对称模型。
2020-11-30 hep-lat hep-th physics.comp-ph
DANTON: a Monte-Carlo sampler of $τ$ from $ν_τ$ interacting with the Earth
介绍了DANTON Monte-Carlo软件包的一个初步版本（v0.2.1）。DANTON允许对由$ν_τ$与地球相互作用产生的（衰减的）$τ$进行独家采样。详细模拟了粒子与物质的相互作用，包括横向散射。也可以使用地球的详细地形数据。然而，高蒙特卡罗效率是通过使用反向蒙特卡罗技术实现的。提供了一些验证结果。
2018-10-03 astro-ph.IM hep-ex physics.comp-ph
Efficient Monte Carlo Methods for Cyclic Peptides
我们提出了一个新的，有偏见的蒙特卡罗模拟复杂的，环肽计划。骨架原子平衡与偏见的rebridging计划，和侧链原子平衡与前瞻性的组态偏见蒙特卡罗。平行回火被证明是一个重要的组成部分，在建设一个有效的方法。
1999-04-09 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.comp-ph
Quantum Gibbs ensemble Monte Carlo
提出了一种研究经典流体气液共存线的路径积分Monte Carlo方法，它是Panagiotopoulos的Gibbs系综Monte Carlo方法的全量子模拟.与以前的扩展吉布斯系综蒙特卡罗包括量子效应，我们的计划是可行的，即使是在退化制度的温度与强量子离域系统。这是证明了一个说明性的应用程序的气体超流转变的$^4$他在两个维度。
2014-08-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
