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物理学 > 化学物理

arXiv:2507.12960 (physics)
[提交于 2025年7月17日 ]

标题: 从头算路径积分蒙特卡罗模拟中的加速自由能估计

标题: Accelerated free energy estimation in ab initio path integral Monte Carlo simulations

Authors:Pontus Svensson, Fotios Kalkavouras, Uwe Hernandez Acosta, Zhandos A. Moldabekov, Panagiotis Tolias, Jan Vorberger, Tobias Dornheim
摘要: 我们提出了一种方法,通过考虑一个中间的人工参考系统,以加速从路径积分蒙特卡洛模拟中估算自由能,其中相互作用在数值上计算成本较低。 使用球对称平均的Ewald相互作用作为均匀电子气体的中间参考系统,自由能的相互作用贡献比仅使用Ewald方法快了18倍。 此外,测试并应用了$\xi$-外推技术,以缓解费米子符号问题,并解决大粒子数的符号问题。 结合这两种技术,能够对包含1000个电子的系统进行自由能的评估,其中有限尺寸误差和统计误差均低于化学精度。 该通用过程可以应用于具有低到中等量子简并度的行星和惯性约束聚变建模系统。
摘要: We present a methodology for accelerating the estimation of the free energy from path integral Monte Carlo simulations by considering an intermediate artificial reference system where interactions are inexpensive to evaluate numerically. Using the spherically averaged Ewald interaction as this intermediate reference system for the uniform electron gas, the interaction contribution for the free energy was evaluated up to 18 times faster than the Ewald-only method. Furthermore, a $\xi$-extrapolation technique was tested and applied to alleviate the fermion sign problem and to resolve the sign for large particle numbers. Combining these two techniques enabled the evaluation of the free energy for a system of 1000 electrons, where both finite-size and statistical errors are below chemical accuracy. The general procedure can be applied to systems relevant for planetary and inertial confinement fusion modeling with low to moderate levels of quantum degeneracy.
评论: 22页,9图,2表
主题: 化学物理 (physics.chem-ph) ; 计算物理 (physics.comp-ph); 等离子体物理 (physics.plasm-ph)
引用方式: arXiv:2507.12960 [physics.chem-ph]
  (或者 arXiv:2507.12960v1 [physics.chem-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.12960
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Pontus Svensson [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 7 月 17 日 09:56:38 UTC (652 KB)
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