大規模分子系の理論開発

• Project/Area Number: 04F04710
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 外国
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 平尾 公彦 東京大学, 大学院・工学研究科, 教授
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): MARK WATSON 東京大学, 大学院・工学研究科, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2004: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: リニアスケーリング / Fast Multipole Method (FMM) / クローン積分 / 密度汎関数法(DFT) / 大規模分子系 / クーロン積分

Research Abstract

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。