双锥变分计算二电子约化密度矩阵
量子物理
2021-04-01 v1 化学物理
计算物理
摘要
强关联量子系统的计算具有挑战性,因为其计算量可能随电子构型数量呈指数级增长。在不使用多电子波函数的情况下对二电子约化密度矩阵(2-RDM)进行变分计算,利用了电子库仑相互作用的成对性质,以多项式计算复杂度获得基态能量的下界。近来,变分2-RDM计算的双锥公式被证明能以大幅降低的计算成本生成基态能量(尽管不是2-RDM),尤其对于更高的-可表示性条件(如T2约束)。在此,我们推广双锥变分2-RDM方法,以同时计算基态能量和2-RDM。核心结果是我们可以通过Hellmann-Feynman定理的推广来计算2-RDM。具体而言,我们证明在双锥优化的拉格朗日表述中,2-RDM即为拉格朗日乘子。我们将该方法应用于计算强关联电子的能量与性质——包括原子电荷、电子密度、偶极矩和轨道占据数——于一个示例性氢链及固氮催化剂FeMoco中。带有T2或更高-可表示性条件的2-RDM双变分计算,为强关联分子与材料提供了一种多项式复杂度的方法,在原子、分子及凝聚态化学与物理中具有重大应用价值。
引用
@article{arxiv.2103.17155,
title = {Dual-Cone Variational Calculation of the 2-Electron Reduced Density Matrix},
author = {David A. Mazziotti},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.17155},
year = {2021}
}