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新研究實現億原子級拉曼光譜量子力學模擬
2025年01月08日 15:19:07
來源：化工儀器網 點擊量：4202
近日，我國研究團隊在量子力學模擬領域取得了突破性進展——實現了億原子級拉曼光譜的量子力學模擬。
近日，中國科學技術大學教授商紅慧、楊金龍團隊聯合中國科學院計算技術研究所高級工程師劉穎以及華東師范大學教授何曉等組成的跨學科研究團隊，在量子力學模擬領域取得了突破性進展——實現了億原子級拉曼光譜的量子力學模擬。這一成就不僅標志著量子力學模擬技術的一次飛躍，也預示著人類在理解復雜生物系統方面邁出了重要一步。該研究成果已成功入圍2024年“戈登貝爾獎”。
拉曼光譜作為一種重要的光譜分析技術，在物質成分分析、分子結構鑒定等領域發揮著至關重要的作用。然而，此前的拉曼光譜量子模擬僅能處理數千原子的小體系，研究團隊通過創新性的算法設計和技術優化，成功地將拉曼光譜技術擴展到前所未有的規模，實現了對億原子級別體系的精確模擬。
此次研究中，研究團隊創新算法設計與工程技術，開發了一款名為QF-RAMAN的程序，首次實現了包含1億多原子的新冠病毒刺突蛋白在水溶液中的拉曼光譜量子模擬，與以往工作相比實現了4至5個數量級的提升。同時，該程序采用OpenCL通用異構并行計算框架，能在不同硬件架構的超級計算機上，借助OpenCL編譯工具鏈實現跨平臺運行。在此基礎上，團隊提出了適用于億級原子體系的矩陣方程求解拉曼光譜的新算法，有效解決了大規模量子力學拉曼模擬中的關鍵技術難題。
這項研究的成功不僅標志著我國在高性能計算領域邁出了重要一步，也為理解復雜生物系統的高階量子力學物理性質提供了強有力的技術支持。未來，隨著更多類似研究的推進，量子力學模擬將在更多領域展現其巨大潛力和應用前景。
素材來源：中國科學報
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