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物理学 > 化学物理

arXiv:2503.00617 (physics)
[提交于 2025年3月1日 (v1) ,最后修订 2025年5月2日 (此版本, v2)]

标题: 比较微扰和对易子秩的截断方案在单元耦合簇理论中的应用

标题: Comparing Perturbative and Commutator-Rank-Based Truncation Schemes in Unitary Coupled-Cluster Theory

Authors:Justin T. Phillips, Lauren N. Koulias, Stephen H. Yuwono, A. Eugene DePrince III
摘要: 单位耦合簇(UCC)理论为传统耦合簇(CC)理论提供了一种有前途的厄米特替代方法,但其实际实现受到相似变换哈密顿量($\bar{H}$)的巴克-坎贝尔-豪斯多夫(BCH)展开非截断性质的阻碍。 为解决这一挑战,已经开发了各种截断策略,以简洁可靠的方式近似$\bar{H}$。 在本工作中,我们比较了采用多体微扰理论(MBPT)和对易子秩截断方案的近似UCC与单重和双重激发方法(UCCSD)的数值性能。 我们的结果表明,低阶基于MBPT的方案,如UCC(2)和UCC(3),在平衡几何附近产生合理的结果,但在拉伸几何下变得不可靠。 高阶基于MBPT的方案不一定能提高性能,因为UCCSD(4)和UCCSD(5)振幅方程有时缺乏解。 相比之下,基于对易子秩的截断表现出更大的数值稳定性,其中BCH展开的伯努利表示相比于标准BCH公式能够更快地收敛到UCCSD极限。
摘要: Unitary coupled cluster (UCC) theory offers a promising Hermitian alternative to conventional coupled cluster (CC) theory, but its practical implementation is hindered by the non-truncating nature of the Baker-Campbell-Hausdorff (BCH) expansion of the similarity-transformed Hamiltonian ($\bar{H}$). To address this challenge, various truncation strategies have been developed to approximate $\bar{H}$ in a compact and reliable manner. In this work, we compare the numerical performance of approximate UCC with single and double excitations (UCCSD) methods that employ many-body perturbation theory (MBPT) and commutator rank based truncation schemes. Our results indicate low-order MBPT-based schemes, such as UCC(2) and UCC(3), yield reasonable results near equilibrium, but they become unreliable at stretched geometries. Higher-order MBPT-based schemes do not necessarily improve performance, as the UCCSD(4) and UCCSD(5) amplitude equations sometimes lack solutions. In contrast, commutator-rank-based truncations exhibit greater numerical stability, with the Bernoulli representation of the BCH expansion enabling more rapid convergence to the UCCSD limit compared to the standard BCH formulation.
主题: 化学物理 (physics.chem-ph)
引用方式: arXiv:2503.00617 [physics.chem-ph]
  (或者 arXiv:2503.00617v2 [physics.chem-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2503.00617
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来自: Eugene DePrince [查看电子邮件]
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