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计算强相关体系的量子化学新方法
量子化学方法已广泛应用于计算各类分子的电子结构。 发展能够处理具有较大活性空间的强相关体系的电子结构方法是量子化学领域一个挑战性课题。 2019年，黎书华课题组与美国Arkansas大学Peter Pulay教授合作，提出了GVB计算的自动实现方法，实现了大分子的GVB计算（J. Chem. 比如，对十三烷的全部C-C键解离，传统上需要使用24个活化电子在24个活化轨道的CASSCF方法来计算，但这已经超越了CASSCF方法的计算极限。 完善的GVB-BCCC方法可望定量描述静态和动态电子相关效应，成为一种适合强相关体系的高精度量子化学计算方法。 ? 这一成果发表在美国化学会旗下物理化学领域的学术期刊J. Phys. Chem.
1.4K10发布于 2020-11-05 - 来自专栏量子化学
量子化学软件Amesp简介
软件简介 Atomic and molecular electronic structure program (Amesp)是由张英峰独立开发的一款GTO框架的闭源免费的量子化学软件，软件由Fortran Amesp软件支持多种WFT方法和DFT方法及其一阶和二阶解析导数，可进行几何结构优化以及振动分析，支持激发态计算，并可以考虑溶剂化以及相对论效应。 (5) 加速计算的方法： 使用 RI 近似和 chain of spheres exchange (COSX) 近似加速SCF、MP2以及激发态计算，其中RIJ和COSX支持到二阶解析导数。 可以对其他支持一阶解析导数计算的方法使用数值方法进行计算，计算谐振频率以及相关的热力学量，解析二阶导数也可用于几何结构优化。 2. amo文件可用于aesp计算静电势以及电子密度等。
1K10编辑于 2023-09-03 - 来自专栏新智元
【重磅】谷歌量子计算在量子化学领域取得实质突破
量子化学是量子计算有望大幅加速的领域之一，该研究简化了预编译过程，为传统量子算法难以解决的复杂分子可变量子模拟（计算）提供了希望。新智元第一时间编译整理，介绍这项技术进步。 量子化学是量子计算能够提供大幅度加速的一个有前途的领域。由于简化了预编程过程，该研究在技术上有不错的进步，能够更快计算出很多复杂的量子化学问题。 量子计算在量子化学领域取得实质突破 （文／Ryan Babbush）量子计算最广阔的一个应用前景，就是能够高效地建立自然界的量子系统，而这对于传统计算机而言是极其困难的。 ，在量子计算机上对氢分子电子能级结构的计算。 在使用相位估值算法（属于量子化学的传统量子算法）时，实验结果不怎么理想，因为耗费大量资源，计算只能进行一小步，无法达到化学精度。
1.5K60发布于 2018-03-27 - 来自专栏量子化学
《量子化学软件基础》习题（5）——BDF和ORCA中的CASSCF计算
题目：对配合物[Fe(H2O)6]2+在CASSCF(6,5)/def2-SVP水平计算能量最低的单态、三态、五重态能量。 计算产生的初始猜测轨道会保存在.exporb文件。使用关键molden后，会同时产生.exporb.molden文件，可用于检查exporb初始猜测轨道是否正确。 1 1 1 ＃要算的根分别对应的第几个不可约 molden iprtmo 1 计算收敛后最好打开计算产生的.mcscf.molden文件，确认最后选进活性空间内的活性轨道。 表1 使用BDF计算[Fe(H2O)6] 2+得到的能量(in Hartree) 使用ORCA： ① 做ROHF计算，构造初始猜测轨道： ! 图2 [Fe(H2O)6]2+CASSCF计算想要选进活性空间的轨道 ② State averaged CASSCF计算的输入文件为： !def2-svp pal8 !
1.8K10编辑于 2022-12-07 - 来自专栏量子化学
《量子化学软件基础》习题（6）——苯、丁二烯分子的CASSCF计算
expandmo模块计算结束给出的轨道信息可用于CASSCF计算的输入文件： ② 苯的活性空间为CAS(6,6)，丁二烯的活性空间为CAS(4,4)，苯的输入文件如下： $compass title ① 使用HF轨道作为初猜 苯的RHF计算的输入文件： ! 苯的CAS(6,6)计算的输入文件如下： !cc-pvtz UseSym pal8 ! 以上计算得到的能量数据如表2所示： 表2 使用ORCA得到的RHF与CASSCF能量(in Hartree) ② 使用MP2的自然轨道作为初猜时： 构造苯分子MP2自然轨道的计算文件为： ! 图5 苯的初始猜测活性轨道 图6 丁二烯的初始猜测活性轨道 因此，使用MP2自然轨道作为CASSCF计算的初始猜测，对于这两个体系都不需要调整轨道。 苯的CAS(6,6)计算的输入文件： !
2K10编辑于 2022-12-07 - 来自专栏量子化学
离线安装量子化学软件Dalton
Dalton是一款开源免费的量子化学程序，主要特色是支持一大堆性质的计算，例如DFT下的二次响应计算（常规TDDFT计算仅是线性相应），MCSCF波函数下的核磁NMR计算等等，以及各类激发态方法。 随便算个CCSD(T)做测试 我们做一个水分子的CCSD(T)/cc-pVTZ计算，与高斯的结果进行对比。 对于冻核不了解的小伙伴可以看《电子相关计算中的“冻核”近似》。算完后在输出文件h2o.out中找到CCSD(T)能量，与高斯算的相差1.75×10-8 a.u. 从Gaussian向Dalton传轨道 这里举一个例子：四重态Co原子的ROHF计算。注意Dalton不支持UHF/UDFT方法，这里我们用ROHF。 如另有特殊计算需求（使用DFT、指定泛函名称等），可自行修改dal文件内容。
2.8K40发布于 2021-09-07 - 来自专栏量子化学
《量子化学软件基础》习题（1）
【本系列文章为山东大学郭阳教授《量子化学软件基础》课程的习题报告，涉及ORCA、BDF、Gaussian等量子化学软件的使用，在此分享给大家。】 习 题 1. 比较MP2和RI-MP2的计算精度和计算效率。 1. 因此可知，并行计算并不是核数越多越好，为了充分利用计算资源并较高效的进行计算，应提前规划计算规模，合理分配计算核心数，达到计算消耗时长和所需资源的平衡。 (a) 不同数量计算核心的计算时长对比；(b) 不同数量计算核心的加速比对比 (3) MP2和RI-MP2计算精度和计算效率对比 Resolution of identity (RI)是一种加快电子积分计算的方法 并行计算可以大大减少计算耗时， 但并不意味着并行核数越多计算资源利用率就越高，实际计算时还需根据已有资源进行合理调度； 3.
1.3K20编辑于 2022-12-07 - 来自专栏机器之心
大规模实用化量子化学计算曙光显现，ByteDance Research开源工具集ByteQC
为了解决这一问题，近日字节跳动 ByteDance Research 团队开发并开源了 ByteQC —— 基于 GPU 加速的大规模量子化学计算工具集。 摘要 在大规模体系中应用量子化学算法需要大量的计算资源，并且计算资源的需求随着体系规模和所需精度的提高而增长。 在算法层面，ByteQC 提供了一种量子嵌入方法，该方法在保持量子化学「黄金标准」精度的同时，显著扩展了可计算的体系规模。 图 1. 引入高效计算库 张量缩并是量子化学计算的主要热点之一，为此作者团队引入了 NVIDIA 提供的高效张量计算库 cuTENSR/cuTENSORMG。该计算库在最小占用显存的前提下高效计算张量缩并。 此外，结合量子嵌入方法，ByteQC 可以在保持 CCSD (T) 的精度的前提下，计算更大的规模。通过这些创新和优化，ByteQC 有望成为推动量子化学领域发展的工具。
38500编辑于 2025-03-06 - 来自专栏量子化学
《量子化学软件基础》习题（4）
根据文献中给出的RC和RC′的结构，分别使用B3LYP、BP86和HF方法计算RC和RC′对应的电子态。 解答：王斌举及其合作者在文章中使用了QM/MM方法，本次练习只计算文章中的QM部分。 图2 组氨酸结构 图3 天冬氨酸结构 图4 High-spin state 本次计算需要用Broken Symmetry DFT方法，我们首先使用B3LYP/def2-TZVP计算体系 RC 和 %moinp "RC2hs.gbw" %scf Flipspin 44 FinalMs 0.5 end *xyzfile 1 12 RC2.xyz ORCA手册中关于Broken Symmetry的计算有两个关键词 除了文章中使用的B3LYP外，我们还使用纯泛函BP86和HF计算了该体系，得到的能量如下表： 采用B3LPY得到的低自旋RC和RC′的相对能量为4.98 kcal/mol，这个结果与文章给出的4.2 由上表可知，在使用BP86计算时，RC’可以收敛到图1所示电子态，但是RC中两个Fe原子的自旋布居无法和图1一致，RC最终的波函数并不是我们想要的电子态。使用HF计算可以得到目标态。
61720编辑于 2022-12-07 - 来自专栏量子化学
《量子化学软件基础》习题（7）
由于很多计算涉及到Cartesian型基函数（6D, 10F），ORCA和BDF软件不支持，因此文章中FCI以外的计算均由Gaussian完成。 本文所有UHF计算均读取前一步扫面的键长的波函数作为初猜进行UHF计算，并使用“stable=opt”关键词。 【小编注：上述是常用的、较为保险的做法，比键长从短扫到长靠谱得多。 注意，即使是Pople开发的6-31类型基组，BDF、ORCA等量子化学程序也使用5d基函数。 在计算中，iCI方法会舍弃掉贡献较小的CSF，最终得到FCI的近似解。采用合理的截断参数，iCI和FCI方法计算出来的解离曲线只有非常微小的差别。 iCISCF和iCIPT2的计算结果与文献中所给的FCI结果之差如图5所示。可以看到BH分子键解离过程中iCISCF计算结果（使用10-5截断波函数）与文献所给的FCI计算结果非常接近。
1.2K20编辑于 2022-12-07 - 来自专栏量子化学
《量子化学软件基础》习题（8）
分别使用BDF和ORCA计算REF1中胞嘧啶所有态的FIC-NEVPT2能量，比较结果。 3. 分别使用BDF和ORCA计算REF1中胞嘧啶所有态的FIC-MRCISD能量，比较结果。 解答： 1. （SA，state-averaged）CASSCF计算的结果见表1。 使用ORCA进行CASPT2(10,8) 的计算需改动上述输入文件中的casscf模块，此处以应用自然轨道（参数ActOrbs设置选项为NatOrbs，此为缺省设置）做CASPT2计算为例，可改为（下文对 我们使用ORCA进行4种FIC-CASPT2计算（基于态平均CASSCF轨道），能量结果见表2。可以看到，本例中不同的CASSCF轨道处理方法会略微影响计算结果。 ③ 使用BDF和ORCA计算得到的单点能结果略有差别。
1.3K30编辑于 2022-12-07 - 来自专栏量子化学
《量子化学软件基础》习题 （3）
2个分子片段计算完成后，进行整体分子的计算。 2. (1) 使用CASSCF(2, 2)计算该双自由基的三重态 先进行ROHF/cc-pVDZ计算，用该计算得到的轨道可以作为CASSCF计算的初猜轨道。 使用CASSCF(2,2)计算该双自由基的三重态，仅有一个组态，两个电子自旋相同，分占两个轨道（28，29轨道），此时的CASSCF计算相当于做ROHF计算，CASSCF和ROHF计算完全相同。 ，同样先进行ROHF/cc-pVDZ计算，CASSCF读ROHF计算结果做初猜进行计算，两个SOMO轨道是28，29号轨道，轨道图像及其自然轨道占据数信息不再详细列出，与ORCA计算结果同。 使用ORCA和BDF计算的C7H14三重态的能量见表2。从结果可见，两个软件的计算结果一致。
2.1K10编辑于 2022-12-07 - 来自专栏量子化学
量子化学进入机器学习时代
wode 量子化学是应用量子力学来深入了解原子系统的物理化学性质的学科。量子化学的核心问题是如何在有限的计算资源和时间内找到薛定谔方程的解。人们已经发展出了多种量子化学方法来近似求解薛定谔方程。 引入机器学习方法对传统量子化学计算精确度和时间的影响 目前在很多研究领域需要大量的量子化学计算，引入机器学习算法加快计算速度有着重要的意义。 、通过排除有问题的系统减少高通量筛选中的量子化学计算数量以及加速耦合簇和组态相互作用计算，等等。 以下图作为小结，说明机器学习在量子化学中的应用。 ? 量子化学中使用机器学习的示意图。a）传统的量子化学计算是生成训练数据的必要条件，采样点对于机器学习模型的良好性能至关重要。 有一点是肯定的：在可预见的未来，机器学习不会使量子化学过时。相反，机器学习和量子化学之间的相互作用正在推动计算化学家所能做的极限。
2.3K10发布于 2020-07-27 - 来自专栏量子化学
《量子化学软件基础》习题（2）
分别在 BDF、ORCA和Gaussian中使用对称性、不使用对称性计算C60分子，比较计算效率和结果。 自然轨道出发进行CASSCF计算）。 由上表可知，BDF使用对称性后计算效率提高约81.4倍，“某斯”使用对称性后计算效率提高约13.5倍，而ORCA使用对称性与否对计算效率影响不大。 其原因在于使用对称性进行计算时：BDF不仅可以识别到I(h)点群，在实际计算中也是用了I(h)点群，因此在三种软件中可以最大程度的提高计算效率；Gaussian只能处理阿贝尔群，虽然也能识别到I(h)点群 ，但在计算时是以C(2h)来计算的，因此提高计算效率的程度不如BDF；ORCA也可以识别到I(h)点群，但在实际计算过程中并没有使用对称性降低计算量，因此计算效率并没有提高。
1.3K20编辑于 2022-12-07 - 来自专栏量子化学
量子化学家的学术谱系
本文仅关注理论和计算化学的大师，例如我们输入当世理论化学大师Martin Head-Gordon 选中搜索框自动识别出的人，点击进入，可以发现其学术谱系极其庞大，需要左右拖动网页挺久才能看完 网站上显示 若这些人再往上追溯两三代，基本都是20世纪物理学风起云涌年代的关键历史人物（量子化学本就是运用量子力学知识解决化学问题，早期量子化学家基本都师从理论物理学家）。 说几个我看得懂的：量子蒙特卡洛，量子计算。这位大佬在2016年因不满美国大选和特朗普当选总统，从美国的哈佛大学离开跳槽前往加拿大的多伦多大学。。。 还有很多，无法一一列举，这些人是现今量子化学的中流砥柱，他们的学生（即Head-Gordon的徒孙）有的刚刚开辟自己的课题组，有的与博士毕业生年龄相仿。 pid=53783 这个网站有个缺憾是对我国量子化学家记载甚少，所记载的一些中国人或华人多是从国外著名量子化学家衍生出的，这些人回到国内后也培养出了不少青年才俊。
1.7K20发布于 2021-09-28 - 来自专栏量子化学
量子化学程序OpenMolcas的简易安装
本公众号之前发过《离线编译OpenMolcas+QCMaquis》一文，成功安装后可进行DMRG-NEVPT2和DMRG-PDFT计算。 无论计算任务正常/异常结束，该目录都会有临时文件存在，每隔一段时间应进行清理。 从Gaussian向OpenMolcas传轨道 作为量化软件，OpenMolcas有自己的SCF功能可以做HF/DFT计算。 如果有特殊计算需求（例如使用泛函，指定积分格点等等），可以打开输入文件自行增删关键词。 顺带一提，OpenMolcas做完UHF计算会自动将UNO轨道保存在.UnaOrb文件中。
5.4K30发布于 2021-08-10 - 来自专栏WOLFRAM
Wolfram|Alpha 量子化学分步解答系列
在完成了化学反应、溶液、结构和键合之后，我们用量子化学来结束循序渐进的化学系列。 量子化学是将量子力学应用于原子和分子以了解其特性的方法。 您是否曾经想过，为什么周期表是这样构成的？ 光子波长计算器提供了电磁辐射的频率和波长相互转换的指令。 示例问题： 钠路灯发出波长为598 nm的黄光。这灯的频率是多少？ 分步解决方案 可以通过“光子波长λ= 598 nm”直接向计算器提供已知信息。 ? 质能当量 ? 跟踪核反应中的能量变化时，核结合能非常有用。质量和能量之间的转换是计算核结合能的关键步骤。 分步解决方案 可以通过“相对论能量m = 0.0304 u”直接向计算器提供已知信息。 ? 挑战问题 ? 可以使用质量能量等效计算器来解决此问题，但是现在必须传递能量而不是质量。 ? 我们希望您喜欢阅读分布化学系列，并且我们对化学反应、溶液、结构和键合的评论以及今天的量子化学文章对您的研究很有帮助。
95830发布于 2020-06-24 - 来自专栏机器之心
用神经网络求解薛定谔方程，DeepMind开启量子化学新道路
现在，量子化学也在逐渐使用神经网络进行相关的工作了。近日，DeepMind 的科学家开发了一种新的神经网络架构，可以用于近似计算薛定谔方程。这为深度学习在量子化学领域的发展奠定了基础。 至于分子，我们实际上还在起点上，量子化学家已经耗费了几十年时间试图实现完美的近似——能够快速地计算出准确的结果。 尽管进展很不错，但很多实际的计算仍然难以实现，在这些情况下，化学又会回头依赖猜测和直觉。 相比于之前被广泛视为量子化学的黄金标准的耦合聚类方法，这种新方法得到的准确度显著更高。 相比于之前被广泛视为量子化学的黄金标准的耦合聚类方法，这种新方法得到的准确度显著更高。
1.1K30发布于 2019-09-19 - 来自专栏AI科技评论
ACM 杰出会员姬水旺：量子化学和物理的深度学习
去年12月份，德州农工大学计算机科学与工程系（校长有影响力）教授姬水旺在CNCC大会上发表了《量子化学和物理的深度学习》的演讲，表达了他对两个学科的感想。 大家好，今天我将着重谈谈如何运用AI以及图形计算技术来解决量子物理及量子化学问题。 首先让我们来了解一些背景：在经典物理学领域，我们讨论的是宏观世界中的物体或者现象。 近些年，我们不断与各个领域的专家合作，希望从量子物理学家、量子化学家、量子材料学家等身上获得研究突破。这些不同领域的学者都有一些共同需要研究的话题，而这些话题与图像、AI、尤其是深度学习相关联。 1 AI遇上量子化学 分子由原子及原子间的化学键构成，例如在分子中，原子用点表示，而分子则由线表示。所以能够将分子以2D图形的形式呈现出来。在机器学习和数据挖掘领域，图形计算是一个老生常谈的话题。 因此我们的工作主要是开发全新的图像处理技术，从而解决基础科学领域尤其是量子化学、量子物理、材料科学中的问题。我的团队开发了计算方法、开源了软件库并在会议、期刊中发表了我们的成果。
55180编辑于 2022-04-11 - 来自专栏量子化学
使用UniMoVib+PyVibMS显示其他量化程序振动分析结果
目前对于量子化学程序计算的分子体系，PyVibMS已经可以原生支持高斯、ORCA、xtb和Q-Chem四款主流软件。 然而对于CFOUR、MOLPRO、BDF等较少使用的量子化学程序计算的振动分析的结果，PyVibMS支持通过先载入XYZ坐标文件、再载入mode文本文件的方式进行振动可视化。 本文介绍一种不需要用户编写脚本制作mode文件就可以对非主流量子化学程序计算得到的振动分析结果进行可视化的方法。 UniMoVib是一款可以从近30种量子化学计算程序中读取Hessian、坐标等数据计算谐振频率和（可选）红外强度的Fortran程序。可以将它理解成一个加强版的freqchk程序。 结语 本文介绍的UniMoVib+PyVibMS方法可以让我们更方便地对PyVibMS原生支持之外的量子化学程序计算得到的振动分析结果进行可视化。
76121发布于 2021-06-16
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