速度跳跃过程：一种替代多时间步方法以实现更快速且准确的分子动力学模拟
化学物理
2021-03-30 v4 统计力学
计算物理
摘要
我们提出了一条通过利用速度跳跃过程来加速分子动力学的新途径，该过程允许针对每个原子-原子对（两体）相互作用采用自适应时间步。我们首先引入新的速度跳跃分子动力学的 formalism，其关于正则测度是遍历的。然后我们引入新的 BOUNCE 积分器，该积分器允许在随机且最优的时间步上计算长程力，从而在直接空间中实现显著的节省。针对经典（不可极化）力场的首个 BOUNCE 实现的准确性与计算性能在纯直接空间类液滴模拟以及使用平滑粒子网格 Ewald（Smooth Particule Mesh Ewald）的周期性边界条件（PBC）模拟中进行了测试。提供了对 BOUNCE 复现若干凝聚相性质能力的分析。由于静电和范德华两体贡献的计算频率远低于使用 1fs 时间步的标准积分器，观察到高达 400% 的直接空间加速。将可逆参考系统传播子算法（RESPA(1)）应用于倒易空间（多体）相互作用，使得 BOUNCE-RESPA(1) 在 PBC 下保持大幅加速的同时维持精度。总体而言，我们表明用 BOUNCE 自适应框架替代 BAOAB 积分器可保持相似的精度并带来显著的计算节省。
引用
@article{arxiv.2002.07109,
title = {Velocity jump processes : an alternative to multi-timestep methods for faster and accurate molecular dynamics simulations},
author = {Pierre Monmarché and Jérémy Weisman and Louis Lagardère and Jean-Philip Piquemal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.07109},
year = {2021}
}