2020 Fiscal Year Research-status Report
Unsold近似を用いた多参照摂動論によるカロテノイド励起状態ダイナミクスの解明
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18K14181
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
水上 渉 大阪大学, 先導的学際研究機構, 特任准教授(常勤) (10732969)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | QM/MM / 溶媒和効果 / 量子古典混合アルゴリズム / VQE / 多参照理論 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度も前年度に引き続き、複雑な電子状態をバランスを良く記述するための電子状態理論の開発に取り組んだ。昨年度は、変分量子固有値法（VQE）と呼ばれる量子古典ハイブリッドアルゴリズムを基盤として、軌道最適化ユニタリー結合クラスター法(OO-UCC)やVQEに対する解析的微分法の開発といった成果が得られている。本年度はこの昨年度の成果を本研究課題のターゲット系に適用できるよう開発をすすめた。具体的には、溶媒和効果の取り込みとタンパク場の考慮である。後者については、QM/MM法によって考慮することとし、VQEとの接続をおこなった。溶媒和効果の考慮についても、次年度に持ち越しとなったが、実装の目処を既につけている。また、研究をすすめるうちに、昨年度開発した多参照摂動論の一つNEVPT2とVQEを組み合わせて使う方法については、高次の縮約密度行列のコストがネックとなり、実用的ではないということが判明した。そこで、多体展開に基づくVQEを新たに実装し、効率的に動的電子相関をVQEの枠組みで考慮する方法も開発した。多体展開に基づく方法は、コードの並列化が容易である。この性質を活かして、MPI並列したプログラムの実装もおこない、東京大学物性研究所の大型計算機を使って動作検証を済ませている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
変分量子固有値法（VQE)を中心とする量子古典混合アルゴリズムの開発については、順調に発展させることができており、生体分子へ応用するための基礎プログラムも本年度までである程度組み上がった。当初計画以上の成果が、量子古典混合アルゴリズムについては得られている。しかし、2018年度からの問題ではあるが、当初予定していたUnsold近似を用いた多参照摂動論については、特殊な２電子積分の実装に依然として時間がかかっており、開発が遅れている。双方の進捗を鑑み総合的には「やや遅れている」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
実装が遅れているUnsold近似を用いた多参照摂動論については、1) 関数系を近似して既存の解析的積分ルーチンを使用できるようにすることと、2)解析的積分ではなく数値積分を使うアルゴリズムに切り替えることの二通りの方法で問題解決を図る。量子古典ハイブリッドアルゴリズムについては、ターゲット分子であるカロテノイドの励起状態への応用をおこない、励起状態ポテンシャル曲面作成と、それを使用した励起状態ダイナミクスシミュレーションを実施する予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により旅費を使用しなかったことが主な理由である。同じくコロナ禍の影響で、大阪大学の大型計算機センターの利用率が高まっており、新規利用申請ができなかったことも原因となっている。また、研究計画が後ろ倒しになったことも影響している。
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