扩展系统自适应力场的力核表述用于自由能计算
化学物理
2026-05-22 v1 计算物理
摘要
我们提出了基于力核的扩展系统自适应力场 (FK-eABF)，这是一种将 eABF 直方图基平均力累加器替换为存储局部运行均值力的稀疏高斯核族的力基核表述。通过 Nadaraya-Watson 回归恢复偏置力，实现从仿真最初阶段便可获得平滑估计，无需最小计数阈值。与此同时，相同的核族还定义了一个辅助的自衰减探索力，无需对势垒高度进行先验知识。我们在显式水中的 N-乙酰-N'-甲基脊氨酰胺上验证了 FK-eABF 能否比良好保温 metadynamics (WT-MetaD)、即时概率增强采样 (OPES) 和 WTM-eABF 更快地实现完整的自由能景观覆盖，而这四种方法在足够时间内均可收敛到可比的准确性。FK-eABF 也保持长期准确性：在 Abl1 激酶的 DFG-in/out 转换上，多微秒仿真恢复了既定的近等能平衡。在另一极端，我们将其应用于 1,3-丁烯的电环闭合，该过程在 ab initio 分子动力学水平上，FK-eABF 在 30 ps 内即可恢复自由能景观。正是由于这些基准测试跨越超过四个数量级的仿真时间，确立了 FK-eABF 不仅是 eABF 的核化实现，更是一种在不牺牲长期定量准确性的前提下实现更快早期收敛的力基核表述。
引用
@article{arxiv.2605.21720,
title = {A Force-Kernel Reformulation of the Extended-System Adaptive Biasing Force for Free-Energy Calculations},
author = {Christopher Kang and Rahul Verma and Aditya Sonpal and Alyson Shoji and Christophe Chipot and Jim Pfaendtner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.21720},
year = {2026}
}