扩展系综的副本交换：一种增强灵活性与可并行化的广义系综方法
统计力学
2024-04-12 v2
摘要
哈密顿副本交换(HREX)与扩展系综(EE)等广义系综方法已被证明在各种情境下的自由能计算中有效，因其能够通过由具有不同修正哈密顿量的状态定义的非物理路径规避自由能势垒。然而，HREX与EE方法均有缺陷，如参数设定灵活性有限，或对更复杂应用缺乏可并行化。为应对此挑战，我们提出扩展系综的副本交换(REXEE)方法，其通过周期性交换采样不同但重叠的炼金态集合的EE副本的坐标，融合了HREX与EE方法的原理。以蒽的溶剂化自由能计算及CB7-10结合复合物的结合自由能计算，我们表明REXEE方法在自由能计算中达到与HREX和EE方法同等的精度，同时提供更强的灵活性与可并行化。此外，我们考察了多种设置的REXEE模拟，以理解不同交换频率与副本配置如何影响固定权重阶段的采样效率及权重更新阶段的权重收敛。REXEE方法可进一步扩展以支持异步并行化方案，允许更大数量松散耦合处理器（如云计算）间更宽松的通信，从而有望实现可扩展性更强、适应性更高的炼金自由能计算。REXEE方法的所有算法均可在Python包ensemble_md中获取，其提供了REXEE模拟管理接口而无需修改GROMACS中的源代码。
引用
@article{arxiv.2308.06938,
title = {Replica exchange of expanded ensembles: A generalized ensemble approach with enhanced flexibility and parallelizability},
author = {Wei-Tse Hsu and Michael R. Shirts},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.06938},
year = {2024}
}