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。

随着分子理论和计算方法的显着进步以及计算机的进步，理论化学现在能够预测具有高可靠性，扩大新可能性的复杂系统的性质。但是，他们仍然很难将其用于生物分子和纳米化分子，并且有太多时间。这项研究的目的是通过开发新理论和算法来实现大规模分子系统的量子化学计算。我们以前已经开发了量子化学方法，重点是降低计算机成本以实现大规模系统的计算。近年来，我们专注于Kitaura等人创建的“碎片分子轨道方法”，并为这些方法开发了理论。该方法是一种近似但相对准确的方法。此外，有可能计算由数千个原子组成的大规模系统，这些系统无法使用现有的计算机资源来通过常规量子化学计算方法来处理。该方法在纳米大小分子和蛋白质等分子中特别有效。常规片段分子轨道方法的技术缺点之一是计算远程库仑相互作用的相对较高的成本。特别是，今年，我们能够通过将我们先前开发到片段分子轨道方法并使用简单偶极子近似值的快速多极方法纳入远程库仑相互作用计算的问题。进一步的详细分析表明，该分区方法有任意性质。目前，为了消除这种任意性质，我们正在开发新的部门方法，并将其开发为Hartree-cock计算后的。