論文の概要: Enhancing Diffusion-Based Sampling with Molecular Collective Variables

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.11923v1
• Date: Mon, 13 Oct 2025 20:44:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-15 19:02:32.091401
• Title: Enhancing Diffusion-Based Sampling with Molecular Collective Variables
• Title（参考訳）: 分子集合変数を用いた拡散型サンプリングの強化
• Authors: Juno Nam, Bálint Máté, Artur P. Toshev, Manasa Kaniselvan, Rafael Gómez-Bombarelli, Ricky T. Q. Chen, Brandon Wood, Guan-Horng Liu, Benjamin Kurt Miller,
• Abstract要約: 拡散に基づくサンプリングは、エネルギーやログ密度だけで複雑な高次元分布をサンプリングすることを学ぶ。 我々は、集合変数(CVs)として知られる原子座標のベスポーク、情報豊か、低次元射影に沿ったシーケンシャルバイアスを導入する。 拡散型サンプリング装置を用いた反応性サンプリングを初めて実施し, 原子間ポテンシャルによる結合破壊と生成をほぼ第一原理精度で観測した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 23.394068689634086
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Diffusion-based samplers learn to sample complex, high-dimensional distributions using energies or log densities alone, without training data. Yet, they remain impractical for molecular sampling because they are often slower than molecular dynamics and miss thermodynamically relevant modes. Inspired by enhanced sampling, we encourage exploration by introducing a sequential bias along bespoke, information-rich, low-dimensional projections of atomic coordinates known as collective variables (CVs). We introduce a repulsive potential centered on the CVs from recent samples, which pushes future samples towards novel CV regions and effectively increases the temperature in the projected space. Our resulting method improves efficiency, mode discovery, enables the estimation of free energy differences, and retains independent sampling from the approximate Boltzmann distribution via reweighting by the bias. On standard peptide conformational sampling benchmarks, the method recovers diverse conformational states and accurate free energy profiles. We are the first to demonstrate reactive sampling using a diffusion-based sampler, capturing bond breaking and formation with universal interatomic potentials at near-first-principles accuracy. The approach resolves reactive energy landscapes at a fraction of the wall-clock time of standard sampling methods, advancing diffusion-based sampling towards practical use in molecular sciences.
• Abstract（参考訳）: 拡散に基づくサンプリングは、トレーニングデータなしでエネルギーやログ密度だけで複雑な高次元分布をサンプリングすることを学ぶ。 しかし、しばしば分子動力学よりも遅く、熱力学的に関係のあるモードを見逃すため、分子サンプリングには実用的ではない。 サンプリングの強化にインスパイアされた我々は、集団変数(CV)として知られる原子座標の、目覚しい、情報に富んだ、低次元の投影に沿ったシーケンシャルなバイアスを導入することにより、探索を奨励する。 近年の試料からCVを中心とした反発電位を導入し,将来の試料を新しいCV領域へ押し上げ,投射空間の温度を効果的に上昇させる。 提案手法は, 効率の向上, モード発見, 自由エネルギー差の推定を可能にし, バイアスによる再重み付けによるボルツマン分布からの独立サンプリングを継続する。 標準ペプチドコンフォメーションサンプリングベンチマークでは、様々なコンフォメーション状態と正確な自由エネルギープロファイルを復元する。 拡散型サンプリング装置を用いた反応性サンプリングを初めて実施し, 原子間ポテンシャルによる結合破壊と生成をほぼ第一原理精度で観測した。 この手法は、標準的なサンプリング手法のウォールタイムのごく一部で反応エネルギーのランドスケープを解決し、分子科学の実用化に向けて拡散に基づくサンプリングを推し進める。

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