論文の概要: An algorithm for atom-centered lossy compression of the atomic orbital basis in density functional theory calculations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.00118v1
• Date: Thu, 27 Nov 2025 20:37:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-02 19:46:34.076776
• Title: An algorithm for atom-centered lossy compression of the atomic orbital basis in density functional theory calculations
• Title（参考訳）: 密度汎関数理論計算における原子中心の原子軌道基底の損失圧縮アルゴリズム
• Authors: Anthony O. Lara, Justin J. Talbot, Zhe Wang, Martin Head-Gordon,
• Abstract要約: QZ pc-3 ベースで 2.5 から 4.5 までの圧縮係数 (圧縮NAO 次元の AO 比) が 10-5$ の閾値で得られることを示す。 10倍から100倍の誤差(通常は0.01 kcal/mol未満)をしきい値10-7$で得ることができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.1591090595677884
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Large atomic-orbital (AO) basis sets of at least triple and preferably quadruple-zeta (QZ) size are required to adequately converge Kohn-Sham density functional theory (DFT) calculations towards the complete basis set limit. However, incrementing the cardinal number by one nearly doubles the AO basis dimension, and the computational cost scales as the cube of the AO dimension, so this is very computationally demanding. In this work, we develop and test a natural atomic orbital (NAO) scheme in which the NAOs are obtained as eigenfunctions of atomic blocks of the density matrix in a one-center orthogonalized representation. The NAO representation enables one-center compression of the AO basis in a manner that is optimal for a given threshold, by discarding NAOs with occupation numbers below that threshold. Extensive tests using the Hartree-Fock functional suggest that a threshold of $10^{-5}$ can yield a compression factor (ratio of AO to compressed NAO dimension) between 2.5 and 4.5 for the QZ pc-3 basis. The errors in relative energies are typically less than 0.1 kcal/mol when the compressed basis is used instead of the uncompressed basis. Between 10 and 100 times smaller errors (i.e., usually less than 0.01 kcal/mol) can be obtained with a threshold $10^{-7}$, while the compression factor is typically between 2 and 2.5.
• Abstract（参考訳）: コーン=シャム密度汎関数論(英語版)(DFT)の計算を完全基底集合極限に適切に収束させるには、少なくとも三重で好ましくは四重ゼータ(QZ)サイズの原子軌道(AO)基底集合が必要である。 しかし、基数 1 の増分は AO 基底次元をほぼ2倍にし、計算コストは AO 次元の立方体としてスケールするので、これは非常に計算的に要求される。 本研究では,1中心直交表現における密度行列の原子ブロックの固有関数としてNAOsが得られる自然原子軌道(NAO)法を開発し,検証する。 NAO表現は、その閾値以下の占有数でNAOを廃棄することにより、与えられた閾値に最適な方法でAOベースを一中心圧縮することができる。 Hartree-Fock 関数を用いた大規模試験では、QZ pc-3 の 2.5 から 4.5 までの圧縮係数 (AO の圧縮NAO 次元比) が 10^{-5}$ の閾値で得られることが示唆されている。 圧縮基底が非圧縮基底の代わりに使用される場合、相対エネルギーの誤差は通常0.1kcal/mol未満である。 10から100倍小さな誤差(通常0.01kcal/mol未満)はしきい値10^{-7}$で得られるが、圧縮係数は通常2から2.5である。

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