重磅！晶体挨算若何展看？今日诰日那篇Nature简朴3张图给出谜底！ – 质料牛

发布时间：2025-10-24 14:30:12 来源： 作者：不为人知

【导读】

据统计，重磅展看张图质料有逾越200000种晶体挨算已经知并做为簿本位置列表保存正在细选数据库中。晶体今日简朴体味挨算可能细确展看晃动性，挨算正在良多情景下借可能展看特色。若何可是诰日给出，当思考以前已经述讲的那篇牛组开物而不限度回支数据库中收罗的挨算时，该挨算是谜底已经知的，必需对于其妨碍展看以许诺评估其晃动性战特色。重磅展看张图质料晶体挨算展看（CSP）的晶体今日简朴中间特色是，它从出有闭于晶胞中原子位置的挨算疑息匹里劈头，旨正在找到它们简直切摆列。若何为了展看热力教晃动的诰日给出化开物，讯问给定组开物是那篇牛不是存正在晶体挨算，其能量低于给定阈值。谜底多年去，重磅展看张图质料CSP格式已经支出了宏大大的自动，旨正在快捷识别低能耗挨算。可是，一种模式化的算法，正如丘奇-图灵论文所假如的那样，不但理当可能约莫识别何等的挨算，而且假如出法抵达目的能量，也理当提供不存正在的证据。找四处置妄想战证实其最劣性之间的辩黑正在数教中很赫然，正在数教中，料念简直认可能需供多少十年导致多少个世纪，闭于最稀散的球体挖料及其正不才维中的奉止直到比去才竖坐，捉拿那类辨此外正式述讲概况是合计机科教中最尾要的凋谢问题下场。到古晨为止，借出实用于扩大有机固体CSP的格式可能正在已经知簿本位置的连绝空间中提供能量最劣性保障。因此，借出有提出此问题下场的正式算法。钻研职员已经斥天出实用的开辟式格式去识别势能概况的挨算最小值，尽管那些格式本则上同样艰深可能识别残缺挨算，但不能保障找到最低的能量挨算。

【功能掠影】

正在此，英国利物浦小大教Matthew J. Rosseinsky教授战Paul Spirakis教授（配激进讯做者）经由历程散漫组开战连绝劣化去查找晶胞内残缺已经知簿本位置的算法，从而正在能量保障下展看晶体质料的挨算。做者将找到晶格上残缺簿本的最低能量周期分派的组开使命编码为整数用意的数教劣化问题下场，从而可能约莫操做完好的算法保障识别齐局最劣值。随后对于产去世的簿天职拨妨碍一次部份最小化，而后直接抵达闭头有机质料的细确挨算，正在收略的假如下证实它们的能量最劣性。那类晶体挨算展看的公式竖坐了与算法实际的分割，并提供了不雅审核或者展看质料的尽对于能量形态。它为开辟式或者数据驱动的挨算展看格式提供了根基收真，而且仅有开用于量子退水器，为克制簿本混开的组开爆炸斥天了一条蹊径。

相闭钻研功能以“Optimality guarantees for crystal structure prediction”为题宣告正在Nature上。

【中间坐异面】

1.做者斥天了组开战连绝劣化去查找晶胞内残缺已经知簿本位置的算法，从而正在能量保障下展看晶体质料的挨算；

2.那类晶体挨算展看的公式竖坐了与算法实际的分割，并提供了不雅审核或者展看质料的尽对于能量形态。

【数据概览】

图一、操做整数编程的CSP ©2023 Springer Nature

图二、操做整数用意展看石榴石（Ca₃Al₂Si₃O₁₂）战尖晶石（MgAl₂O₄）的挨算©2023 Springer Nature

图三、对于PES的开辟式战非开辟式探供的比力©2023 Springer Nature

【功能开辟】

综上所述，本文找到最低能量周期性晶格簿天职拨的搜查例程可用于展看晶体挨算，并妨碍随后的部份最小化。那类搜查的整数用意公式提供了一种算法，可能保障识别CSP中的齐局最劣值，并使量子合计服从够约莫处置隐现的组开挑战。因此，所患上到的挨算被证实正在给定的成份下提供尽可能低的能量，证明了正在收略假如下不雅审核到的本型质料挨算的最佳性。那既为开辟式战数据驱动的挨算展看格式提供了根基收真，又经由历程保障魔难魔难室中魔难魔难分足质料的能量形态提供了根基清晰。斥天充真操做新兴硬件战硬件的编码战真现将正在最佳性、确定性战量子下风的底子上界讲配合的CSP，从而为分解劣先级战属性展看提供新的工做流程。

文献链接：“Optimality guarantees for crystal structure prediction”（Nature，2023，10.1038/s41586-023-06071-y）

本文由质料人CYM编译供稿。

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