大規模水素結合系の原子核の量子揺らぎを考慮した分子シミュレーション

考虑大规模氢键系统中原子核量子涨落的分子模拟

基本信息

批准号：
16K05676
负责人：
川島雪生
金额：
$ 3.08万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-01 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

これまでに、High Performance Computerで効率の高いシミュレーションを実行できる、分子科学計算ソフトウェアNTChemと経路積分分子動力学(PIMD)法を統合した階層的並列プログラムプラットフォームの開発を行った。そして、このプラットフォームを利用することにより京コンピュータにおいて大規模分子シミュレーションが可能となった。新プラットフォームを用いて、低障壁水素結合(LBHB)の存在が示唆されているperiplasmic phosphate binding protein (PPBP)のモデル分子で応用計算を行い、PPBPにおけるヒ酸とリン酸の識別できる理由に迫ることができた。新プラットフォームの威力を実証することができた。また、大規模水素結合系の効率の高い分子シミュレーションの実行を実現すべく、経路積分分子動力学(PIMD)法とマルチスケールシミュレーション手法であるHybrid Quantum Mechanics / Molecular Mechanics(QM/MM)法を組み合わせることにより、階層的並列プログラムプラットフォームの深化を図った。プログラムの開発を終え、photoactive yellow protein(PYP)分子の水素結合の性質を明らかにするために、PYP分子の大規模分子シミュレーションを一部実行することができた。さらに、周期境界条件のQM/MM法を開発し、そのプログラムをSMASHソフトウェアに実装した。このプログラムと開発中の階層的並列プログラムプラットフォームと連携させることに成功し、より信頼性の高い分子シミュレーションを実行できるようになった。

到目前为止，我们开发了集成分子科学计算软件NTChem和路径积分分子动力学（PIMD）方法的分层并行编程平台，可以在高性能计算机上进行高效的模拟。通过使用这个平台，在K计算机上进行大规模分子模拟已经成为可能。利用新平台，我们将对周质磷酸结合蛋白（PPBP）的模型分子进行应用计算，该模型分子已被认为存在低势垒氢键（LBHB），并探讨砷酸盐和磷酸盐可以被结合的原因。 PPBP 中的区分已完成。我们能够展示新平台的强大功能。此外，为了对大规模氢键系统进行高效的分子模拟，我们将结合路径积分分子动力学（PIMD）方法和多尺度模拟方法混合量子力学/分子力学（QM/MM）通过这样做，我们的目的是深化分层并行程序平台。完成程序开发后，我们能够对光敏黄色蛋白（PYP）分子进行一些大规模的分子模拟，以阐明PYP分子中氢键的性质。此外，我们开发了一种具有周期性边界条件的 QM/MM 方法，并在 SMASH 软件中实现了该程序。通过成功将该程序与目前正在开发的分层并行程序平台链接起来，可以执行更可靠的分子模拟。