通过活性空间划分降低酉耦合簇方法的计算成本
化学物理
2026-02-05 v1
摘要
酉耦合簇 (UCC) 理论是一种有前景的电子结构计算变分方法，尤其适用于强关联系统和量子计算机。然而，其实际应用受到其非终止的 Baker-Campbell-Hausdorff 展开的陡峭缩放的限制。我们引入了一种活性空间 UCCSD(4)/MP2 方法，该方法在选定的活性空间内利用 UCCSD 的四阶多体微扰论截断，同时在 MP2 级别处理外部激发。我们探索了两种变体：一种是对独立的内部和外部贡献求和的复合方法，另一种是耦合振幅以获得更高精度的相互作用方法。我们在 GW100 数据集、一个偏磷酸盐水解反应以及乙烯的强关联扭转上测试了我们的方法。我们的结果表明，使用正则轨道的相互作用方法对于弱关联和中度关联系统是稳健的，并且仅使用其活性空间中 15-25% 的虚轨道即可准确再现完整的 UCCSD(4) 势能曲线。相比之下，复合公式对轨道基组和活性空间大小表现出更高的敏感性，导致在基准测试集上的行为不太系统。对于乙烯扭转（一个由强静态关联主导的系统），采用正则轨道的复合和相互作用公式都紧密跟踪完整的 UCCSD(4) 参考值，但并未减轻从底层单参考 UCCSD(4) 描述中继承的非物理特征。这种活性空间框架为在经典计算机上模拟关联分子和反应提供了一种易处理的方法，并为在资源受限的量子硬件上扩展 UCC 计算提供了一条可行路径。
引用
@article{arxiv.2602.04783,
title = {Reducing the Cost of Unitary Coupled Cluster via Active Space Partitioning},
author = {Prateek Vaish and Brenda Rubenstein},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.04783},
year = {2026}
}
备注
35 pages, 5 figures, 2 tables. Includes 5 pages of Supplemental Information with detailed GW100 benchmark data and molecule-by-molecule error analysis