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近日，中国科学技术大学教授商红慧、杨金龙团队联合中国科学院计算技术研究所高级工程师刘颖以及华东师范大学教授何晓等组成的跨学科研究团队，在量子力学模拟领域取得了突破性进展——实现了亿原子级拉曼光谱的量子力学模拟。这一成就不仅标志着量子力学模拟技术的一次飞跃，也预示着人类在理解复杂生物系统方面迈出了重要一步。该研究成果已成功入围2024年“戈登贝尔奖”。
拉曼光谱作为一种重要的光谱分析技术，在物质成分分析、分子结构鉴定等领域发挥着至关重要的作用。然而，此前的拉曼光谱量子模拟仅能处理数千原子的小体系，研究团队通过创新性的算法设计和技术优化，成功地将拉曼光谱技术扩展到前所未有的规模，实现了对亿原子级别体系的精确模拟。
此次研究中，研究团队创新算法设计与工程技术，开发了一款名为QF-RAMAN的程序，首次实现了包含1亿多原子的新冠病毒刺突蛋白在水溶液中的拉曼光谱量子模拟，与以往工作相比实现了4至5个数量级的提升。同时，该程序采用OpenCL通用异构并行计算框架，能在不同硬件架构的超级计算机上，借助OpenCL编译工具链实现跨平台运行。在此基础上，团队提出了适用于亿级原子体系的矩阵方程求解拉曼光谱的新算法，有效解决了大规模量子力学拉曼模拟中的关键技术难题。
这项研究的成功不仅标志着我国在高性能计算领域迈出了重要一步，也为理解复杂生物系统的高阶量子力学物理性质提供了强有力的技术支持。未来，随着更多类似研究的推进，量子力学模拟将在更多领域展现其巨大潜力和应用前景。
素材来源：中国科学报
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