CheMPS2：用于从头量子化学的密度矩阵重整化群的免费开源自旋适配实现

密度矩阵重整化群（DMRG）已成为寻找具有强关联的有限尺寸量子系统精确本征态不可或缺的数值工具。在凝聚态、核结构和分子电子结构领域，与完全组态相互作用相比，它显著扩展了可处理的系统尺寸，同时未损失数值精度。对于量子化学（QC），最高效的 DMRG 实现需要在底层矩阵乘积态（MPS）拟设中纳入粒子数、自旋和点群对称性，并使用所谓的互补算符。这些对称性在 MPS 拟设和中间收缩张量中引入了稀疏块结构。如果对称性是非阿贝尔的，Wigner-Eckart 定理允许将张量分解为 Clebsch-Gordan 系数和约化张量。此外，必须仔细追踪费米子符号。由于这些挑战，为 QC 高效实现 DMRG 并非易事。因此，高效且免费的实现备受期待。在本工作中，我们展示了 CheMPS2，这是我们用于从头 QC 的免费开源自旋适配 DMRG 实现。围绕 CheMPS2，我们实现了具有精确 Hessian 矩阵的增广 Hessian Newton-Raphson 完全活性空间自洽场方法。在 DMRG(28 轨道，12 电子，D$_{\mathsf{SU(2)}}$=2500)/cc-pVDZ 理论水平下获得了碳二聚体 12 个最低态的键解离曲线。通过比较 DMRG(36o, 12e, D$_{\mathsf{SU(2)}}$=2500)/cc-pCVDZ 和 DMRG-SCF(34o, 8e, D$_{\mathsf{SU(2)}}$=2500)/cc-pCVDZ 理论水平下的能量，估算了$1s$核相关对碳二聚体$X^1\Sigma_g^+$键解离曲线的贡献。