論文の概要: Efficient Implementation of Gaussian Process Regression Accelerated Saddle Point Searches with Application to Molecular Reactions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.12519v2
• Date: Tue, 08 Jul 2025 17:27:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-09 14:27:12.475102
• Title: Efficient Implementation of Gaussian Process Regression Accelerated Saddle Point Searches with Application to Molecular Reactions
• Title（参考訳）: ガウス過程回帰促進サドル点探索の効率的な実装と分子反応への応用
• Authors: Rohit Goswami, Maxim Masterov, Satish Kamath, Alejandro Peña-Torres, Hannes Jónsson,
• Abstract要約: 本稿では,最小モード追従法のガウス過程回帰加速度の効率的な実装について述べる。 鞍点配置に到達するために必要な電子構造計算の桁数を求める。 C++におけるGPRサロゲートモデルの実装は、サドル点探索のウォールタイムを4つのケースのうち3つに抑えるのに十分な効率である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 39.58317527488534
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The task of locating first order saddle points on high-dimensional surfaces describing the variation of energy as a function of atomic coordinates is an essential step for identifying the mechanism and estimating the rate of thermally activated events within the harmonic approximation of transition state theory. When combined directly with electronic structure calculations, the number of energy and atomic force evaluations needed for convergence is a primary issue. Here, we describe an efficient implementation of Gaussian process regression (GPR) acceleration of the minimum mode following method where a dimer is used to estimate the lowest eigenmode of the Hessian. A surrogate energy surface is constructed and updated after each electronic structure calculation. The method is applied to a test set of 500 molecular reactions previously generated by Hermez and coworkers [J. Chem. Theory Comput. 18, 6974 (2022)]. An order of magnitude reduction in the number of electronic structure calculations needed to reach the saddle point configurations is obtained by using the GPR compared to the dimer method. Despite the wide range in stiffness of the molecular degrees of freedom, the calculations are carried out using Cartesian coordinates and are found to require similar number of electronic structure calculations as an elaborate internal coordinate method implemented in the Sella software package. The present implementation of the GPR surrogate model in C++ is efficient enough for the wall time of the saddle point searches to be reduced in 3 out of 4 cases even though the calculations are carried out at a low Hartree-Fock level.
• Abstract（参考訳）: エネルギーの変動を原子座標の関数として記述した高次元表面上の一階サドル点の配置は、遷移状態理論の調和近似におけるその機構を特定し、熱的に活性化される事象の速度を推定するための重要なステップである。 電子構造計算と直接結合すると、収束に必要なエネルギーと原子間力の評価の数が主な問題となる。 本稿では,最小モード追従法におけるガウス過程回帰(GPR)加速度の効率的な実装について述べる。 電子構造計算毎に代理エネルギー面を構築して更新する。 この方法は、ヘルメスと同僚によって以前に生成された500の分子反応(J. Chem. Theory Comput. 18, 6974 (2022))の試験セットに適用される。 ダイマー法と比較してGPRを用いて、サドル点配置に達するのに必要な電子構造計算の桁数を大幅に削減する。 分子自由度の剛性の範囲は広いが、計算はモンテカルロ座標を用いて行われ、Sellaソフトウェアパッケージに実装された精巧な内部座標法として、同様の数の電子構造計算を必要とすることが判明した。 C++におけるGPRサロゲートモデルの実装は、低ハートリー・フォックレベルで計算を行ったとしても、サドル点探索のウォールタイムを4件中3件に短縮するのに十分な効率である。

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