CN116490928B 存储介质、量子化学计算方法和量子化学计算装置 （富士通株式会社）

2023.04.26PCT/JP2020/0417252020.11.09WO2022/097298JA2022.05.12ActiveSpaceforMulticonfiguratQuantumChemistry?.International装置组合作为量子化学计算的对象的分子所具有的多个分子轨道所包含的2个分子轨道，生成多个分子轨道对分别计算所包含的分子轨道之在量子化学计算的活性空间轨道群中的第1分子2基于作为量子化学计算的对象的分子中的多个分子轨道，生成示出2个分子轨道的多基于所述多个分子轨道对各自的所述重叠积分值，从分子轨道之间的重叠积分值从大到小的顺序将规定数量的分子轨道决定为要包含在所述量子化学所述生成包括从所述多个分子轨道中组合具有第1能级的第2分子轨道来生成所述多基于针对所述活性空间轨道群中包含的所述第1分子轨道的电子组态来计算所述分子基于作为量子化学计算的对象的分子中的多个分子轨道，生成示出2个分子轨道的多基于所述多个分子轨道对各自的所述重叠积分值，从分子轨道之间的重叠积分值从大到小的顺序将规定数量的分子轨道决定为要包含在所述量子化学所述生成包括从所述多个分子轨道中组合具有第1能级的第2分子轨道来生成所述多基于针对所述活性空间轨道群中包含的所述第1分子轨道的电子组态来计算所述分子基于作为量子化学计算的对象的分子中的多个分子轨道，生成示出2个分子轨道的多基于所述多个分子轨道对各自的所述重叠积分值，从分子轨道之间的重叠积分值从大到小的顺序将规定数量的分子轨道决定为要包含在所述量子化学3道的数量(基函数的数量)也少。因此，还能够进行考虑了全部可取得的电子组态的计算(Full_CI计算)。另一方面，如果系统的规模变大且基函数的数量变大，则通过Hartree_[0011]在Full_CI计算困难的情况下，选择尽可能有助于电子相关效应的电子组态并进行考虑了所选择的电子组态的计算是有效的。在此时考虑的电子组态中配置电子的1个以[0016]计算机基于作为量子化学计算的对象的分子中的多个分子轨道，生成示出2个分4[0023]图4是示出活性空间轨道群中包含的分子轨道间的重叠积分值与全能量值之间的[0024]图5是示出活性空间轨道群中包含的分子轨道间的重叠积分值与全能量值之间的[0033]图1是示出第1实施方式的量子化学计算方法的一例的图。在图1中示出使用量子装置10例如能够通过执行量子化学计算程序来实施量[0035]存储部11存储例如作为量子化学计算的对象的分子的分子结构信息11a。在分子[0036]处理部12基于分子结构信息11a进行量子化学计算。例如处理部12基于分子结构5个分子轨道对2a～2f。在图1的例中，基于4个分子轨道1a～1d生成了6个分子轨道对2a~[0039]处理部12针对多个分子轨道对2a～2f分别计算所包含的分子轨道间的重叠积分分子轨道之间的重叠积分值S1～S6从大到小的顺序将规定数量的分子轨道决定为第1分子将重叠积分值最大的分子轨道对2a中包含的分子轨道1a、1b包含于活性空间轨道群3。接[0042]处理部12基于针对活性空间轨道群3所包含的第1分子轨道的电子组态来计算分电子组态示出电子相对于活性空间轨道群3的多个配置模式。处理部12将计算出的能量值分子轨道包含于活性空间轨道群3。重叠积分值大的分子轨道对的分子轨道彼此的相互作[0044]此外，处理部12也可以从多个分子轨道1a～1d中组合第2分子轨道而生成多个分能级低于第1阈值的分子轨道例如在能量计算中作为始终配置有电子的分子轨道而进行处器101也可以是多处理器。处理器101例如是CPU(CentralProcessingUnit：中央处理单6102中存储在处理器101的处理中利用的各种数据。作为存储器102，例如使用RAM(Random[0050]储存装置103针对内置的记录介质以电或磁的方式进行数据的写入和读出。储存[0051]监视器21与图形处理装置104连接。图形处理装置104按照来自处理器101的命令[0053]光学驱动装置106利用激光等读取记录于光盘24的数据或向光盘24写入数据。光盘24是以能够通过光的反射而进行读取的方式记录有数据的移动式记录介质。关于光盘接口107的通信功能的记录介质。存储卡读写器26是向存储卡27写入数据或从存储卡27读施方式中示出的量子化学计算装置10也可以通过与图2所示的计算机100同样的硬件来实[0057]计算机100例如通过执行存储于计算机可读取的记录介质中的程序来实现第2实施方式的处理功能。记述了使计算机100执行的处理内容的程序能够预先记录于各种记录7处理器101还可以从移动式记录介质直接读出并执[0058]计算机100通过引入了Hartree_Fock计算或电子相关的计算来求解规定的分子的于LiH分子的原子间的距离R相应的能量的值的计算例。图表30的横轴是原子间的距离[0060]在原子间的距离R短时，Hartree_Fock计算与引入了电子相关的计算之间基本不[0061]例如在图3所示的LiH分子的情况下，在电子相关效应变大的R=1.2~1.4h以上的比特的数量也越多。在能够使用的量子比特数存在物理上的限制的量子计算机(特别是子计算机的量子化学计算，适当选择要包含于活性空间轨道群的分子轨道也是非常重要OccupiedMolecularOrbital)和最低空轨道(LUMO：LowestUnoccupiedMolecular道的活性空间轨道群形成的电子组态来进行8[0068]为了记述无法仅通过某一个电子组态(例如Hartree_Fock电子组态)进行表示的[0069]图4是示出活性空间轨道群中包含的分子轨道间的重叠积分值与全能量值之间的子轨道(5)的第1选择模式32和选择分子轨道(1)和分子轨道(2)的第2选择[0070]在第1选择模式32中，考虑在分子轨道(1)中配置2个电子的电子组态和在分子轨[0071]作为量子化学计算对象的分子的波动函数通过表示各电子组态的配置状态函数[0072]在第2选择模式33中，考虑在分子轨道(1)中配置2个电子的电子组态和在分子轨模式32的重叠积分值大于将分子轨道(1)和分子轨道(2)设为活性空间轨道群的第2选择模[0074]图5是示出包含于活性空间轨道群的分子轨道间的重叠积分值与全能量值之间的9[0075]在第1选择模式35中，考虑在分子轨道(4)中配置2个电子的电子组态以及在分子[0076]在第2选择模式36中，考虑在分子轨道(5)中配置2个电子的电子组态以及在分子模式35的重叠积分值大于将分子轨道(5)和分子轨道(6)设为活性空间轨道群的第2选择模102或储存装置103的存储区域的一部分被[0081]分子轨道计算部120基于计算条件数据111来计算作为量子化学计算的对象的分轨道各自的能级。重叠积分部130将能级为规定的下限值以上且规定的上限值以下的分子[0083]活性空间轨道群生成部140从分子轨道中按照与其他分子轨道之间的重叠积分值空间轨道群的分子轨道的数量达到规定数量，则活性空间轨道群生成部140结束包含于活[0084]能量计算部150基于所生成的活性空间轨道群，计算作为量子化学计算对象的分子的全能量值。能量计算部150将计算出的全能量值作为量子化学计算的结果而输出。例[0085]另外，图6所示的各要素的功能例如能够通过使计算机执行与该要素对应的程序[0086]图7是示出计算条件数据的一例的图。在图7中示出表示LiH分子的结构的计算条算条件数据111中设定有Li_H原子间的距离R=1.4h的情况下的值。数系统。“charge”表示分子全部的电荷。“spinmultiplicity”表示自旋多重度。 的能级的最大值(Emax)。[0091][步骤S102]分子轨道计算部120通过Hartree_Fock法求出分子轨道。分子轨道计算部120对所求出的1个以上的分子轨道赋予从1起的升序的分子轨道编号。分子轨道计算[0094][步骤S105]重叠积分部130判断第i个分子轨道的能级是否在能级的最小值(E[0096][步骤S107]重叠积分部130判断是否全部的分子轨道的能级的检查结束。如果全[0097][步骤S108]重叠积分部130求出重叠积分计算用轨道列表内的分子轨道彼此的重成能够生成的全部组合的分子轨道对。重叠积分部130针对所生成的全部的分子轨道对分[0101][步骤S109]活性空间轨道群生成部140基于每个分子轨道对的重叠积分值来生成[0102][步骤S110]能量计算部150基于针对活性空间轨道群的电子组态，考虑电子相关[0105][步骤S121]活性空间轨道群生成部140按照重叠积分值从大到小的顺序来选择分[0106][步骤S122]活性空间轨道群生成部140将选择出的分子轨道对中包含的分子轨道[0107][步骤S123]活性空间轨道群生成部140判断活性空间轨道群内的分子轨道数量是4个分子轨道和第6个分子轨道包含于活性空间轨道群[0117]在第2实施方式中，示出了使用经典的计算机100进行量物均视为基于附加的权利要求及其等同物的本