大規模分子系の理論開発

大规模分子系统的理论发展

基本信息

批准号：
04F04710
负责人：
平尾公彦
金额：
$ 1.54万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

分子理論と計算方法の目ざましい発展とコンピュータの進歩により、理論化学は複雑な系の性質を高い信頼度で予測することができるようになり、新たな可能性が広がっている。しかし生体分子やナノサイズ分子に適用するにはいまだなお時間がかかりすぎるという悩みを抱えている。本研究の目的は、新しい理論やアルゴリズム開発によって大規模分子系の量子化学計算を実現することにある。我々はこれまで、大規模系での計算を達成するために、コンピュータコスト削減を主眼においた、量子化学的方法を開発してきた。近年我々は、北浦らによって生み出された「Fragment分子軌道法」に注目し、それらの理論開発を行ってきた。この手法は、近似的ではあるけれど比較的精度の高い方法である。さらに、通常の量子化学計算手法では取り扱う事の出来ない数千原子からなる様な大規模系を、既存のコンピューターリソースを用いて計算する事が可能となる。この方法は特に、ナノサイズの分子やタンパク質などの分子において有効性を発揮する。従来のFragment分子軌道法による技術的な欠点の一つは、長距離のクーロン相互作用を計算する際に比較的高いコストがかかる事であった。特に今年度は、我々が以前より開発してきた多極子(Fast Multipole)法をFragment分子軌道法に組み入れ、単純な双極子近似を使用することによって、長距離クーロン相互作用計算の問題点を回避する事が出来た。更に詳しい解析により、分割の仕方による任意性がある事が判った。現在はこの任意性を取り除くため、あらたな分割法を開発するとともにPost Hartree-Fock計算への展開も行っている。

由于分子理论和计算方法的显着发展以及计算机的进步，理论化学现在能够高度可靠地预测复杂系统的性质，开辟了新的可能性。然而问题在于，应用于生物分子和纳米尺寸的分子仍然需要太多的时间。这项研究的目的是通过发展新的理论和算法来实现大规模分子系统的量子化学计算。迄今为止，我们已经开发了量子化学方法来实现大规模系统的计算，重点是降低计算机成本。近年来，我们关注Kitaura等人创建的“片段分子轨道法”并不断发展其理论。这种方法虽然是近似的，但还是比较准确的。此外，可以利用现有的计算机资源来计算由数千个原子组成的大规模系统，这是传统量子化学计算方法无法处理的。该方法对于纳米分子和蛋白质等分子特别有效。传统片段分子轨道方法的技术缺点之一是计算长程库仑相互作用的成本相对较高。特别是，今年，我们将把我们开发的快速多极方法合并到碎片分子轨道方法中，并使用简单的偶极近似来避免长程库仑相互作用计算中的问题。进一步详细分析表明，根据划分方法的不同，存在一定的随意性。目前，为了消除这种任意性，我们正在开发一种新的划分方法并将其扩展到 Post Hartree-Fock 计算。