更高的数值精度与更低的计算成本：优化用于二阶M?ller–Plesset理论的局域相关算法，并与成对自然轨道方法进行比较

《Journal of Chemical Theory and Computation》：More Numerical Precision for Less Compute Cost: Optimizing a Local Correlation Algorithm for Second Order M?ller–Plesset Theory and Comparing against Pair Natural Orbital Methods

该研究提出了一种改进的局部MP2算法，通过引入嵌入修正和局域正交轨道，结合优化计算策略，在保持误差阈值ε控制的前提下，显著提升计算效率和精度，并在多个基准测试中验证有效性。

　　

分子中电子动态波动所关联的相关性可以在空间上被定位，这为降低多体量子化学方法（如二阶M?ller–Plesset (MP2) 理论）的计算复杂性提供了可能性。本研究报道了针对一种基于单一数值阈值来控制精度与计算成本之间的平衡的局部MP2方法的改进工作，该方法同时使用局部化的正交轨道来描述占据轨道和虚拟轨道。最重要的改进是对保留的MP2振幅所对应的线性方程右侧进行了一种新颖的嵌入校正，该校正考虑了那些被评估但低于阈值而被舍弃的积分的影响。结合一组经过修改的占据轨道（这些轨道增强了占据-占据Fock算子中的对角优势），以及一种用于处理低于阈值振幅的即时求解器（Kapuy求解器），该方案使得精度提高了大约一个数量级。其他算法优化措施包括对局部拟合方法的改进、更精确的占据轨道/虚拟轨道稀疏映射，以及在共轭梯度迭代过程中动态选择适用于局部计算的BLAS-2或BLAS-3矩阵-向量乘法运算方式。这些改进显著减少了内存消耗并提高了计算效率，同时仍能通过ε参数有效控制计算精度。与ORCA 6.0.1软件包中的域局部化对自然轨道（DLPNO-MP2）算法进行详细比较后，发现该方法在给定求解时间下具有显著更高的精度。报告的基准测试结果涵盖了ACONF20构象能量、L7、S12L和ExL8非共价相互作用、C₆₀异构化能量，以及选定的MME55过渡金属复合物能量等方面的评估。