(57)【要約】【課題】全電子波動関数を計算する際に計算量を抑制することが難しい、という課題を解決すること。【解決手段】計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割する分割手段と、前記分割手段が分割した領域ごとに電子波動関数を算出する電子波動関数算出手段と、前記電子波動関数算出手段が算出した領域ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を算出する全電子波動関数算出手段と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割する分割手段と、
前記分割手段が分割した領域ごとに電子波動関数を算出する電子波動関数算出手段と、
前記電子波動関数算出手段が算出した領域ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を算出する全電子波動関数算出手段と、
を有する
計算装置。
【請求項２】
請求項１に記載の計算装置であって、
前記電子波動関数算出手段は、第１の領域ごとに電子波動関数を算出するとともに、前記第１の領域に対して一部が重なっている状態で当該第１の領域をずらして形成された第２の領域ごとに電子波動関数を算出し、
前記全電子波動関数算出手段は、前記第１の領域ごとの電子波動関数を積算して第１の全電子波動関数を算出するとともに、前記第２の領域ごとの電子波動関数を積算して第２の全電子波動関数を算出し、算出した前記第１の全電子波動関数と前記第２の全電子波動関数を合成する
計算装置。
【請求項３】
請求項２に記載の計算装置であって、
前記分割手段は、計算対象の物質を含む所定の空間を前記領域よりも小さな小領域に分割し、前記領域は複数の隣接する前記小領域から構成されており、
前記第１の領域における前記小領域の位置に対応する前記第２の領域における前記小領域は、当該第１の領域における前記小領域の位置とは異なる位置にずれている
計算装置。
【請求項４】
請求項３に記載の計算装置であって、
前記領域、又は、前記小領域ごとに電子を分配する電子分配手段を有し、
前記電子波動関数算出手段は、前記電子分配手段が分配した電子の数を用いて電子波動関数を算出する
計算装置。
【請求項５】
請求項４に記載の計算装置であって、
前記電子分配手段は、前記領域、又は、前記小領域内の分子軌道をそれぞれ前記領域、又は、前記小領域ごとに並列で算出し、算出した分子軌道に基づいて前記領域、又は、前記小領域に電子を分配する
計算装置。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれかに記載の計算装置であって、
前記分割手段は、前記領域の境界のうち一方の境界に位置する前記小領域と他方の境界に位置する前記小領域とを同一の小領域とすることで、前記領域の境界を周期境界とする
計算装置。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれかに記載の計算装置であって、
前記領域のうち特定の領域は、前記電子波動関数が算出する電子波動関数を前記領域中の当該特定の領域以外の領域よりも高い重みで反映する領域であり、
前記全電子波動関数算出手段は、前記第１の全電子波動関数と前記第２の全電子波動関数とを、前記特定の領域に極大を持つ関数である重み関数を用いて合成する
計算装置。
【請求項８】
請求項２乃至７のいずれかに記載の計算装置であって、
前記全電子波動関数算出手段は、前記第１の全電子波動関数の算出と前記第２の全電子波動関数の算出を並列で行う
計算装置。
【請求項９】
情報処理装置が、
計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割し、
分割した領域ごとに電子波動関数を算出し、
算出した領域ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を算出する
計算方法。
【請求項１０】
情報処理装置に、
計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割する分割手段と、
前記分割手段が分割した領域ごとに電子波動関数を算出する電子波動関数算出手段と、
前記電子波動関数算出手段が算出した領域ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を算出する全電子波動関数算出手段と、
を実現させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計算装置、計算方法、プログラムに関し、特に、全電子波動関数を計算する計算装置、計算方法、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
量子化学の計算を、演算装置などの計算機を用いて行うことが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、原子や分子の量子状態を高速に推定するための量子状態推定方法が記載されている。具体的には、特許文献１によると、制御・演算部は、コンピュータプログラムにより、物質中又は物質近傍の空間を複数の３次元領域（セル）に分割し、各セルに対して正規分布関数を割り当て、基底関数として設定する。さらに、空間にマッピングされた原子又は分子のポテンシャルエネルギーの離散フーリエ変換を行った後、各基本逆格子方向に並べた離散フーリエ変換データ列中の後ろ半分のデータを、データ列の前半分のデータの前に移動させて、離散フーリエ変換シフトデータを得る。その後、数値変分法でシュレーディンガー方程式を解くためのハミルトニアン行列と重なり積分行列を基底関数と離散フーリエ変換シフトデータを解析的表式へ代入するのみで算出する。そして、ハミルトニアン行列と重なり積分行列から永年方程式を解き、固有エネルギーを得て、波動関数を算出する。これにより、各種有用な物理量を算出する。
【０００４】
また、関連する技術として、例えば、特許文献２がある。特許文献２には、巨大高分子の効率的電子情報計算のための並列的合成法が記載されている。具体的には、特許文献２によると、巨大分子を局在化分子軌道（ＬＭＯ：localized molecular orbital）が構築できる長さ以上で公知の電子状態計算法により計算可能となる原子数以下のセグメントに分割する。そして、アクティブＬＭＯのみを取り出し、さらにアクティブＬＭＯ中の相互作用部分から遠く離れた末端部分の原子軌道をはずしたものを計算対象として、巨大分子全体の電子状態をセグメントの結合に強く相互作用する部分に局在化した局在化分子軌道を基底とした固有値問題として解く。このような構成により、計算の効率を向上させることが出来る。
【０００５】
また、関連する技術として、例えば、特許文献３がある。特許文献３には、大域的な計算を要する量子化学計算に分割統治手法を適用するため、分断した分子鎖の電子密度（密度行列）を利用し、多体展開によりエネルギーを求める方法が記載されている。
【０００６】
また、関連する技術として、例えば、特許文献４がある。特許文献４には、大域的な計算を要する量子化学計算に分割統治手法を適用するため、分断した分子鎖の電子密度（密度行列）を利用し、その計算において周辺にバッファ領域を設けて環境の効果を取り入れる方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１５６７９６号公報
【特許文献２】特開２００３−１２５６７号公報
【特許文献３】ケミカル  フィジックス  レターズ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ），１９９９年１１月１２日発行，３１３巻，ｐｐ７０１〜７０６
【特許文献４】フィジカル  レビュー  レターズ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ），１９９１年３月１８日発行，６６巻，ｐｐ１４３８〜１４４１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
量子化学においては、計算する対象の一つとして、全電子波動関数の計算がある。ここで、全電子波動関数を求める際には、計算の対象となる分子系が大規模になるにつれて、非常に大きなオーダーの計算量と主記憶使用量を要してしまう、という問題があった。これは、計算過程で二電子積分の計算と記憶が必要になり、その数が一電子基底関数の数の４乗オーダーとなること、また、高精度計算では近似精度に応じて必要となる多電子基底関数の数が、電子数や一電子基底関数の数の５〜７、それ以上のオーダーとなること、などの理由があるからである。
【０００９】
一方で、引用文献１に記載されている技術は、原子や分子の量子状態を高速に推定するための技術であり、全電子波動関数の計算を行う際には適用できない。また、引用文献２に記載されている技術では、電子密度とエネルギーは計算可能なものの、全電子波動関数は求めることが出来なかった。
【００１０】
さらに、引用文献３や引用文献４の技術を用いて全電子波動関数を計算しようとすると、引用文献３や４の拡張法を用いることになる。このような拡張法を用いる場合、分子系が大規模になるにつれ、従来法と同程度の桁外れなオーダーの計算量と主記憶使用量を要してしまうことになる。
【００１１】
このように、全電子波動関数を計算する際に計算量を抑制することが難しい、という問題を解決することは難しかった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、全電子波動関数を計算する際に計算量を抑制することが難しい、という問題を解決する計算装置、計算方法、プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的を達成するため本発明の一形態である計算装置は、
計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割する分割手段と、
前記分割手段が分割した領域ごとに電子波動関数を算出する電子波動関数算出手段と、
前記電子波動関数算出手段が算出した領域ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を算出する全電子波動関数算出手段と、
を有する
という構成を採る。
【００１４】
また、本発明の他の形態である計算方法は、
情報処理装置が、
計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割し、
分割した領域ごとに電子波動関数を算出し、
算出した領域ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を算出する
という構成を採る。
【００１５】
また、本発明の他の形態であるプログラムは、
情報処理装置に、
計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割する分割手段と、
前記分割手段が分割した領域ごとに電子波動関数を算出する電子波動関数算出手段と、
前記電子波動関数算出手段が算出した領域ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を算出する全電子波動関数算出手段と、
を実現させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、以上のように構成されることにより、全電子波動関数を計算する際に計算量を抑制することが難しい、という問題を解決する計算装置、計算方法、プログラムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る量子化学計算装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】系（分子系や結晶系など）を含む空間をセルへ分割する際の一例を示す図である。
【図３】セルとセクションと重要領域の関係の一例を示す図である。
【図４】電子配置生成における遠距離励起の抑止の一例を示す図である。
【図５】複数のセクションから構成されるレイヤーの一例を簡易的に示す図である。
【図６】ずらしたレイヤーの一例を簡易的に示す図である。
【図７】一電子重み関数の一例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態における量子化学計算装置の処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】周期境界条件の実現の一例を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る計算装置の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態を図１乃至図９を参照して説明する。図１は、量子化学計算装置１の構成の一例を示すブロック図である。図２は、系２（分子系や結晶系など）を含む空間３をセル３１へ分割する際の一例を示す図である。図３は、セル３１とセクション３２と重要領域３３の関係の一例を示す図である。図４は、電子配置生成における遠距離励起の抑止の一例を示す図である。図５は、複数のセクション３２から構成されるレイヤー３４の一例を簡易的に示す図である。図６は、ずらしたレイヤー３４の一例（セクション３２がずれている一例）を簡易的に示す図である。図７は、一電子重み関数の一例を示す図である。図８は、量子化学計算装置１の処理の一例を示すフローチャートである。図９は、周期境界条件の実現の一例を示す図である。
【００１９】
第１の実施形態では、計算する対象となる分子系や結晶系（本実施形態においては、系２と表記する）に含まれる電子の波動関数である全電子波動関数を計算する量子化学計算装置１について説明する。後述するように、量子化学計算装置１は、計算対象となる系２を含む空間３を所定のルールに基づいて複数のセル３１に分割する。そして、量子化学計算装置１は、隣接する複数のセル３１から構成されるセクション３２を孤立系として扱い、セクション３２ごとに周辺環境を含めた局所的な電子波動関数を計算する。その後、量子化学計算装置１は、セクション３２ごとの局所的な電子波動関数の積により全電子波動関数を算出する。遠距離で孤立した系の間では反交換関係を無視する近似が適用できる。そのため、セクション３２を孤立系として扱うことで、全電子波動関数をそれぞれ孤立したセクション３２の電子波動関数の積として表すことが出来る。本実施形態における量子化学計算装置１は、上記のような近似を利用することで、局所的な計算の結果に基づく全電子波動関数の算出を可能とする。
【００２０】
また、量子化学計算装置１は、分割箇所を規則的にずらした新たなセクション３２ごとの電子波動関数を計算し、計算した各電子波動関数の積により新たな全電子波動関数を計算する。例えば、量子化学計算装置１は、セクション３２−１ごとの電子波動関数を計算することにより第１の全電子波動関数を計算するとともに、セクション３２−１に対して含まれるセル３１が一部異なっているセクション３２−２ごとの電子波動関数を計算することにより第２の全電子波動関数を計算する。量子化学計算装置１は、例えば上記のようにして、それぞれが少しずつずれている複数のセクション３２ごとの全電子波動関数を計算する。そして、量子化学計算装置１は、計算した複数の全電子波動関数を所定の重み関数を適用して合成する。これにより、量子化学計算装置１は、分割近似の影響（つまり、セクション３２ごとの電子波動関数の積を全電子波動関数とみなしたことの影響）を補正する。
【００２１】
量子化学計算装置１は、計算対象となる分子系や結晶系（系２）の全電子波動関数を計算する情報処理装置である。例えば、量子化学計算装置１は、予め格納された原子座標１４１を取得し、原子核が固定されているものとして全電子波動関数を計算する。図１を参照すると、量子化学計算装置１は、主な構成要素として、通信Ｉ／Ｆ部１１と、操作入力部１２と、画面表示部１３と、記憶部１４と、演算処理部１５と、を有している。
【００２２】
通信Ｉ／Ｆ部１１は、専用のデータ通信回路からなり、通信回線を介して接続された外部装置との間でデータ通信を行う。
【００２３】
操作入力部１２は、キーボードやマウスなどの操作入力装置からなる。操作入力部１２は、量子化学計算装置１を操作する操作者の操作を検出して演算処理部１５に出力する。
【００２４】
画面表示部１３は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などの画面表示装置からなる。画面表示部１３は、演算処理部１５からの指示に応じて、全電子波動関数１４３などの各種情報を画面表示する。
【００２５】
記憶部１４は、ハードディスクやメモリなどの記憶装置である。記憶部１４は、演算処理部１５における各種処理に必要な処理情報やプログラム１４４を記憶する。プログラム１４４は、演算処理部１５に読み込まれて実行されることにより各種処理部を実現するプログラムである。プログラム１４４は、通信Ｉ／Ｆ部１１などのデータ入出力機能を介して外部装置（図示せず）や記憶媒体（図示せず）から予め読み込まれ、記憶部１４に保存されている。記憶部１４で記憶される主な情報としては、例えば、原子座標１４１、基底関数１４２、全電子波動関数１４３などがある。なお、記憶部１４には、後述するセル分割手段１５１や電子分配手段１５２、セクション波動関数計算手段１５３、レイヤー波動関数計算手段１５４などによる処理結果が例えば一時的に格納されても構わない。
【００２６】
原子座標１４１は、量子化学計算装置１による計算の対象となる系２の構造を示している。例えば、原子座標１４１には、系２を構成する元素の種類と元素の三次元座標を併せて一要素とするリストが格納されている。なお、座標に関しては、Ｚマトリックスなどで定義されていても構わない。換言すると、原子座標１４１は、三次元座標の代わりに原子間の結合距離や結合角で系２の構造を示していても構わない。
【００２７】
このように、原子座標１４１には、計算の対象となる系２の構造を示す情報が含まれている。原子座標１４１は、例えば、通信Ｉ／Ｆ部１１などのデータ入出力機能を介して外部装置（図示せず）や記憶媒体（図示せず）から予め読み込まれ、記憶部１４に保存されている。
【００２８】
基底関数１４２は、元素ごとに定義される既知の一電子基底関数を示している。なお、本実施形態においては、基底関数１４２に含まれる基底関数系については、特に限定しない。基底関数１４２は、例えば、通信Ｉ／Ｆ部１１などのデータ入出力機能を介して外部装置（図示せず）や記憶媒体（図示せず）から予め読み込まれ、記憶部１４に保存されている。
【００２９】
全電子波動関数１４３は、レイヤー合成手段１５５により算出される全電子波動関数を示している。全電子波動関数１４３が示す全電子波動関数は、例えば、通信Ｉ／Ｆ部１１を介して外部装置に送信したり、画面表示部１３に表示したりすることが出来る。
【００３０】
演算処理部１５は、ＭＰＵ（microprocessor）などのマイクロプロセッサとその周辺回路を有し、記憶部１４からプログラム１４４を読み込んで実行することにより、上記ハードウェアとプログラム１４４とを協働させて各種処理手段を実現する。演算処理部１５で実現される主な処理手段として、セル分割手段１５１（分割手段）と、電子分配手段１５２（電子分配手段）と、セクション波動関数計算手段１５３（電子波動関数算出手段）と、レイヤー波動関数計算手段１５４（全電子波動関数算出手段の一つ）と、レイヤー合成手段１５５（全電子波動関数算出手段の一つ）と、がある。なお、本実施形態における演算処理部１５は、例えば、複数のプロセッサコアなどの複数の演算装置を有しており、必要に応じて並列計算を行うことが出来るよう構成されている。
【００３１】
セル分割手段１５１は、記憶部１４から計算対象となる系２に対応する原子座標１４１を読み込む。続いて、セル分割手段１５１は、原子座標１４１が示す系２の構造を含む所定の空間３を複数のセル３１（小領域）に分割する。
【００３２】
なお、セル分割手段１５１が分割するセル３１の形状は任意である。セル分割手段１５１は、例えば、分子鎖を分断する形でセル３１を規定してもよいし、系２を包含する空間３を直交等間隔格子に分割する形でセル３１を規定してもよい。また、空間３の形状は、後述する重要領域３３の位置が規定されるため、当該重要領域３３に応じて間接的に規定される。
【００３３】
例えば、図２を参照すると、セル分割手段１５１は、系２を包含する空間３を直交等間隔格子形状の複数のセル３１に分割する。このように、系２を包含する空間３を直交等間隔格子形状の複数のセル３１に分割する場合、セル分割手段１５１は、その規則性から自動で所望の間隔で空間３を分割することが出来る。なお、本実施形態においては、セル３１の大きさは特に限定しない。セル分割手段１５１は、例えば、系２の大きさなどに応じてセル３１の大きさを調整するよう構成しても構わないし、系２の大きさに依らず一定の大きさのセル３１を用いるよう構成しても構わない。また、分子鎖を分断する形でセル３１を規定する場合、セル分割手段１５１は、手動指定（例えば、操作入力部１２を介して操作者により指定する）または自動にて好適な分断箇所を特定することになる。本実施形態においては、分断箇所の特定方法については特に限定しない。
【００３４】
このように、セル分割手段１５１は、系２の構造を含む所定の空間３を複数のセル３１（小領域）に分割する。その後、セル分割手段１５１は、分割した結果を示す情報を電子分配手段１５２に送信する。なお、後述するように、セル分割手段１５１が分割した複数の隣接するセル３１（小領域）によりセクション３２（領域）が形成されることになる。そのため、セル分割手段１５１は、系２を包含する空間３を複数のセクション３２（領域）に分割する、ということも出来る。
【００３５】
電子分配手段１５２は、セル分割手段１５１から受信した情報に基づいて、セル３１ごとに系２に応じたαスピンとβスピンの各電子を分配する。または、電子分配手段１５２は、重要領域３３を取り巻くセクション３２（領域）ごとに上記各電子を分配する。
【００３６】
ここで、重要領域３３（特定の領域）とセクション３２について説明する。重要領域３３とは、当該重要領域３３の電子波動関数を最終的な全電子波動関数に高い重みで反映する部分のことである。重要領域３３は、例えば、後述するすべてのずらしたレイヤー３４を重ねたときに、一群の重要領域３３が系２を覆うように構成されている。つまり、後述するすべてのずらしたレイヤー３４を重ねたときに、一群の重要領域３３の外側に系２の構造が位置しないように、重要領域３３は形成されている。このように、重要領域３３は系２の構造に応じて定まることになる。なお、セル３１を直交等間隔格子形状に構成した場合、重要領域３３の一辺の長さは、例えば、セル３１の一辺の長さの整数倍（例えば、一倍）となる。また、セクション３２は、所定の数の隣接するセル３１で構成する。ただし、セクション３２同士は重なりがないものとする。つまり、一つのセル３１は一つのセクション３２にのみ属するものとする。
【００３７】
セル３１が直交等間隔格子形状を有する場合の、上記のようなセル３１とセクション３２と重要領域３３との関係の一例を図３に示す。図３を参照すると、例えば、縦×横×高さが３×３×３の合計２７のセル３１によりセクション３２が形成されている。また、セクション３２のうち真ん中に位置するセル３１は、重要領域３３と重なっている。このように、重要領域３３を覆うようにセクション３２が形成されている。また、重要領域３３の境界は、セクション３２の一辺のセル３１の数が奇数の場合、セル３１の境界に重なることになる。なお、図３で示す例はあくまで一例である。セクション３２は、例えば、縦×横×高さが２×２×２の合計８つのセル３１により形成されても構わないし、例示した数以外のセル３１により形成されても構わない。セクション３２の一辺のセル３１の数が偶数の場合、重要領域３３の境界は、セル３１の中心を通るセル３１の境界と平行な面に重なることになる。
【００３８】
以上が、重要領域３３とセクション３２についての説明である。
【００３９】
上述したように、電子分配手段１５２は、例えばセル３１ごとに電子を分配する。例えば、電子分配手段１５２は、記憶部１４から基底関数１４２を読み込み、セル３１内でハートリー・フォック法など従前の方法を用いて分子軌道を計算する。この際、電子分配手段１５２は、セル３１の数を最大並列数とする並列処理で上記分子軌道の計算を行うことが出来る。ハートリー・フォック法を用いた分子軌道の計算は、既知であるため詳細な説明は省略する。続いて、電子分配手段１５２は、計算した各セル３１の分子軌道を当該分子軌道のエネルギーでソートする（つまり、分子軌道をエネルギーに応じて並び替える）。そして、電子分配手段１５２は、小さいエネルギーの分子軌道から順にαスピンとβスピンの各電子を配置させていく。このように、電子分配手段１５２は、各セル３１の分子軌道を計算し、計算した分子軌道に基づいて、各セル３１にαスピンとβスピンの電子をそれぞれ分配する。このような処理を行う結果、セル３１に分配される電子数は、当該セル３１に属する分子軌道に分配された電子の数の合計となることになる。
【００４０】
又は、電子分配手段１５２は、上記セル３１単位で電子分配を行う代わりにセクション３２単位で電子分配を行う。セクション３２単位で電子分配を行う場合、電子分配手段１５２は、記憶部１４から基底関数１４２を読み込み、セクション３２内でハートリー・フォック法など従前の方法を用いて分子軌道を計算する。この際、電子分配手段１５２は、セクション３２の数を最大並列数とする並列処理で上記分子軌道の計算を行うことが出来る。ハートリー・フォック法を用いた分子軌道の計算は、既知であるため詳細な説明は省略する。続いて、電子分配手段１５２は、計算した各セクション３２の分子軌道を当該分子軌道のエネルギーでソートする（つまり、分子軌道をエネルギーに応じて並び替える）。そして、電子分配手段１５２は、小さいエネルギーの分子軌道から順にαスピンとβスピンの各電子を配置させていく。このように、電子分配手段１５２は、各セクション３２の分子軌道を計算し、計算した分子軌道に基づいて、各セクション３２にαスピンとβスピンの電子をそれぞれ分配する。このような処理を行う結果、セクション３２に分配される電子数は、当該セクション３２に属する分子軌道に分配された電子の数の合計となることになる。
【００４１】
このように、電子分配手段１５２は、セル３１単位、又は、セクション３２単位でαスピンとβスピンの各電子を分配する。その後、電子分配手段１５２は、上記分配した結果を含む情報をセクション波動関数計算手段１５３に送信する。
【００４２】
なお、電子分配手段１５２がセル３１単位で電子分配を行うか、セクション３２単位で電子分配を行うかは任意に設定して構わない。電子分配手段１５２がセクション３２単位で電子分配を行った場合、後述するセクション波動関数計算手段１５３は、電子分配手段１５２が行った分子軌道の計算結果をそのまま利用することで計算量を削減することが可能となる。一方、電子分配手段１５２がセル３１単位で電子分配を行った場合、セクション波動関数計算手段１５３は、後述するずらしたセクション３２で電子波動関数の計算を行う際にずらした後のセクション３２に属する電子の数を容易に算出することが可能となる。これは、セクション３２に属する電子の数は、当該セクション３２を構成するセル３１に分配された電子の数の合計値となるからである。
【００４３】
セクション波動関数計算手段１５３は、セクション３２ごとに局所的な電子波動関数（多電子波動関数）を計算する。例えば、セクション波動関数計算手段１５３は、記憶部１４から基底関数１４２を読み込み、従前の方法で局所的な電子波動関数を計算する。この際、セクション波動関数計算手段１５３は、セクション３２内部の原子と、電子分配手段１５２により分配されたセクション３２内の電子の数を用いて上記計算を行う。なお、セクション波動関数計算手段１５３は、セクション３２の数を最大並列数とする並列処理で上記計算を行うよう構成することが出来る。また、電子分配手段１５２がセル３１ごとに電子を分配していた場合、セクション波動関数計算手段１５３は、セクション３２を構成するセル３１に分配された電子の数を合計して、セクション３２内の電子の数とすることになる。上記計算は、既知の方法を用いて行われるため、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
ここで、セクション波動関数計算手段１５３は、ＣＩ（configuration interaction method：配置間相互作用）法など、電子相関が考慮された計算法を選択して上記電子波動関数を計算するよう構成することが望ましい。ＣＩ法などの電子相関が考慮された計算法を選択することで、後述するレイヤー波動関数計算手段１５４やレイヤー合成手段１５５が計算する全電子波動関数に電子相関を取り込むことができる。例えば、セクション波動関数計算手段１５３は、一電子、二電子励起状態を加えたＣＩＳＤ（single, double excitations：一電子二電子励起配置間相互作用）法を用いてセクション３２ごとに電子波動関数を計算する。
【００４５】
なお、上述したように、電子分配手段１５２がセクション３２単位で分子軌道を計算していた場合、セクション波動関数計算手段１５３は、電子分配手段１５２による計算結果を利用することで、計算量を削減することが出来る。また、電子分配手段１５２がセル３１単位で分子軌道を計算していても、隣接するセル３１間の分子軌道は空間的重なりが小さい。そのため、直交であると近似し、そのまま電子波動関数を計算することも考えられる。この場合、電子配置を生成する過程において、図４に示すように、遠距離励起を排することで、計算に取り入れる電子配置を削減することもできる。換言すると、ＣＩ法では、配置状態関数（ＣＳＦ：configuration state function）の線形結合を用いることになるが、上記配置状態関数導出元の電子配置を生成する際に近距離励起のみ許容し遠距離励起を禁止することで、電子配置数を抑制し計算量を抑制することが可能となる。なお、図４では、分子軌道４１からの電子４２の励起を禁止するか否かを示しており、例えば、隣接するセル３１間の励起を近距離励起として許容し、隣接しないセル３１間の励起を遠距離励起として禁止する旨を示している。図４では、説明を簡単にするため一次元で描写している。近距離励起と遠距離励起を区別するための基準は、例えば隣り合うセル３１間の励起を近距離励起としそれ以外を遠距離励起とするなど、任意に設定して構わない。
【００４６】
例えば、上記のようにして、セクション波動関数計算手段１５３は、セクション３２ごとに電子波動関数を計算する。そして、セクション波動関数計算手段１５３は、計算した各電子波動関数をレイヤー波動関数計算手段１５４に送信する。
【００４７】
ここで、レイヤー３４と呼ぶセクション３２の集合体を考える。図５は、セル３１が直交等間隔格子に分割された場合のレイヤー３５の概念図である。図５では、単純のため２次元でレイヤー３４を図示している。図５で示すように、セクション３２の境界はセル３１の境界となる。しかしながら、セクション３２の境界を別のセル３１とすることも出来る。換言すると、例えば、図５では、レイヤー３４を構成する各セクション３２のうち左上に位置するセクション３２の右下にはセルＣ１が位置しているが、例えば、セルＣ２やＣ３、Ｃ４などを当該セクション３２の右下に位置するセル３１とすることも出来る。このように、セクション３２をずらすことで、幾通りかのレイヤー３４を構成出来る。例えば、図６は、セル３１が直交等間隔格子に分割された場合のずらしたレイヤー３４の概念図である。図６では、単純のため２次元でレイヤー３４を図示している。図６を参照すると、レイヤー３４−１と当該レイヤー３４−１に対してずれているレイヤー３４−２とが描写されている。
【００４８】
以上のように、セクション波動関数計算手段１５３が計算するセクション３２（レイヤー３４）はずらすことが出来る。そこで、セクション波動関数計算手段１５３は、ずらしたセクション３２ごとの電子波動関数も計算する。この際、セクション波動関数計算手段１５３は、必要に応じて、電子分配手段１５２に対してずらしたセクション３２に電子分配を行うよう指示することになる。例えば、本実施形態においては、左右上下高さ方向に重要領域３３が隣接するようにセル３１単位でセクション３２をずらす。従って、セクション３２のずらし方（ずらすことで生成可能なレイヤー３４の数）は、３×３×３の２７通りとなる。
【００４９】
本実施形態の場合、セクション波動関数計算手段１５３は、ずらしたセクション３２（レイヤー３４）それぞれについても電子波動関数を計算する。つまり、図６の場合、レイヤー３４−１に対して当該レイヤー３４−１に対応するセクション３２ごとの電子波動関数を計算するとともに、レイヤー３４−２に対して当該レイヤー３４−２に対応するセクション３２ごとの電子波動関数を計算する。セクション波動関数計算手段１５３は、このような計算をレイヤー３４ごとに行う。従って、例えば、上述したように左右上下高さ方向に重要領域３３が隣接するようにセル３１単位でセクション３２をずらす場合、セクション波動関数計算手段１５３は、セクション３２ごとの電子波動関数の計算を例えば２７回行うことになる。なお、セクション波動関数計算手段１５３は、レイヤー数を最大並列数とする並列処理で上記計算を行うよう構成しても構わない。
【００５０】
なお、上述したように、電子分配手段１５２が電子分配をセル３１単位で行っている場合、ずらしたセクション３２ごとの電子波動関数を計算する際に電子分配手段１５２を改めて働かせる必要はないことになる。上述したように、セクション３２に属する電子の数は、当該セクション３２を構成するセル３１に分配された電子の数の合計になるからである。
【００５１】
レイヤー波動関数計算手段１５４は、セクション波動関数計算手段１５３から受信したセクション３２ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を計算する。上述したように、例えば、セクション波動関数計算手段１５３は、セクション３２ごとの電子波動関数の計算を２７回行う。従って、レイヤー波動関数計算手段１５４は、レイヤー３４ごとの全電子波動関数を２７通り計算することになる。その後、レイヤー波動関数計算手段１５４は、計算結果を示す情報をレイヤー合成手段１５５に送信する。
【００５２】
レイヤー合成手段１５５は、レイヤー波動関数計算手段１５４が計算したレイヤー３４ごとの全電子波動関数を合成する。例えば、レイヤー合成手段１５５は、所定の重み関数を用いて全電子波動関数を合成する。これにより、レイヤー合成手段１５５は、最終的な全電子波動関数を計算する。そして、レイヤー合成手段１５５は、計算した最終的な全電子波動関数を記憶部１４の全電子波動関数１４３に格納する。また、レイヤー合成手段１５５は、計算した最終的な全電子波動関数を通信Ｉ／Ｆ部１１を介して外部装置に送信したり、画面表示部１３に表示したりすることが出来る。
【００５３】
具体的には、例えば、レイヤー合成手段１５５は、下記数１で示すような多電子重み関数Ｆｌをレイヤー３４ごとの全電子波動関数にそれぞれ乗算する。そして、レイヤー合成手段１５５は、乗算した結果の和を算出する。例えば、レイヤー合成手段１５５は、このように多電子重み関数Ｆｌを乗算した結果の和を算出することで、レイヤー３４ごとの全電子波動関数を合成して最終的な全電子波動関数を計算する。
【数１】
2018152018.tif 000003
ここで、数１中、ｆは一電子重み関数（図７のもの）を示す。また、Ｎは全電子数、ｉは電子の添え字、ｌはレイヤーの添え字、ｘｉはｉ番目の電子座標、ｒｌはｌ番目のレイヤーの平行移動量（ずれ）をそれぞれ示す。
【００５４】
図７は、上記数１中の一電子重み関数の一例である。図７を参照すると、一電子重み関数の極大は、重要領域３３に存在する。また、重み関数の値は常に０以上である。例えば、本実施形態における一電子重み関数は、重要領域３３に極大を持ち、極小値が０である三角関数である。なお、全レイヤー３４の一電子重み関数の和は全領域で１でなければならない。換言すると、例えば、図５のセルＣ１に相当する箇所の場合、図５で示すレイヤー３４の場合重要領域３３ではないが、例えば、図６のように右下にずらしたレイヤー３４の場合、当該箇所が重要領域３３となる。このように、同じ領域（例えば、セルＣ１に相当する位置）であってもレイヤー３４のずれ具合に応じて当該領域が重要領域３３となるかや重要領域３３からの離れ具合などが変わることになる。つまり、同じ領域であっても、レイヤー３４のずれ具合に応じて、一電子重み関数が示す値は異なることになる。本実施形態においては、ずれた各レイヤー３４の同一位置（例えばセルＣ１の位置）に対する一電子重み関数が示す値の和は１となる。
【００５５】
以上が、量子化学計算装置１の構成の一例である。続いて、図８を参照して、量子化学計算装置１の処理の一例について説明する。
【００５６】
図８を参照すると、量子化学計算装置１のセル分割手段１５１は、記憶部１４から計算対象となる系２に対応する原子座標１４１を読み込む。そして、セル分割手段１５１は、原子座標１４１が示す系２の構造を含む所定の空間３を複数のセル３１に分割する（ステップＳ１０１）。
【００５７】
電子分配手段１５２は、セル分割手段１５１が分割したセル３１単位で、又は、重要領域３３を取り巻くセクション３２単位で、αスピンとβスピンの各電子を分配する（ステップＳ１０２）。例えば、電子分配手段１５２は、記憶部１４から基底関数１４２を読み込み、セル３１内、又は、セクション３２内でハートリー・フォック法など従前の方法を用いて分子軌道を計算する。続いて、電子分配手段１５２は、計算した分子軌道を当該分子軌道のエネルギーでソートして、小さいエネルギーの分子軌道から順にαスピンとβスピンの各電子を配置させていく。例えば、このような処理により、電子分配手段１５２は、セル３１単位、又は、セクション３２単位でαスピンとβスピンの各電子を分配する。なお、分子軌道の計算は並列で行っても構わない。
【００５８】
セクション波動関数計算手段１５３は、電子分配手段１５２による分配結果に基づいて、セクション３２ごとに局所的な電子波動関数を計算する（ステップＳ１０３）。例えば、セクション波動関数計算手段１５３は、記憶部１４から基底関数１４２を読み込み、従前の方法で局所的な電子波動関数を計算する。この際、セクション波動関数計算手段１５３は、セクション３２内部の原子と、電子分配手段１５２により分配されたセクション３２内の電子の数を用いて上記計算を行う。また、セクション波動関数計算手段１５３は、ずれたレイヤー３４ごとに、上記セクション３２ごとの電子波動関数の計算を行う。セクション３２ごとの電子波動関数の計算やレイヤー３４ごとの計算は、並列で行っても構わない。
【００５９】
レイヤー波動関数計算手段１５４は、セクション３２ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を計算する（ステップＳ１０４）。上述したように、セクション波動関数計算手段１５３はずれたレイヤー３４ごとにセクション３２ごとの電子波動関数の計算を行っている。そのため、レイヤー波動関数計算手段１５４は、ずれたレイヤー３４の数に応じた数の全電子波動関数を計算することになる。
【００６０】
レイヤー合成手段１５５は、レイヤー波動関数計算手段１５４が計算した各全電子波動関数を合成して、最終的な全電子波動関数を計算する（ステップＳ１０５）。レイヤー合成手段１５５は、例えば、数１で示すような多電子重み関数Ｆｌを用いて各電子波動関数を合成する。その後、レイヤー合成手段１５５は、合成した結果である最終的な全電子波動関数を出力する（ステップＳ１０６）。つまり、レイヤー合成手段１５５は、計算した最終的な全電子波動関数を記憶部１４に格納したり、通信Ｉ／Ｆ部１１を介して外部装置に送信したり、画面表示部１３に表示させたりする。
【００６１】
このように、本実施形態における量子化学計算装置１は、セル分割手段１５１と、セクション波動関数計算手段１５３と、レイヤー波動関数計算手段１５４と、を有している。このような構成により、セクション波動関数計算手段１５３は、セル分割手段１５１が分割した複数のセル３１から構成されるセクション３２を孤立系として扱い、セクション３２ごとに局所的な電子波動関数を計算することが出来る。また、レイヤー波動関数計算手段１５４は、セクション３２ごとの局所的な電子波動関数の積により全電子波動関数を算出することが出来る。遠距離で孤立した系の間では反交換関係を無視する近似が適用できる。そのため、セクション３２を孤立系として扱うことで、全電子波動関数をそれぞれ孤立したセクション３２の電子波動関数の積として表すことが出来る。本実施形態における量子化学計算装置１は、上記のような近似を利用することで、局所的な計算の結果に基づく全電子波動関数の算出を可能とする。これにより、計算量を抑制することが可能となる。
【００６２】
また、量子化学計算装置１は、レイヤー合成手段１５５を有しており、セクション波動関数計算手段１５３は、それぞれが少しずつずれている複数のセクション３２ごとの全電子波動関数を計算するよう構成されている。このような構成により、レイヤー合成手段１５５は、セクション波動関数計算手段１５３及びレイヤー波動関数計算手段１５４により計算された少しずつずれたレイヤー３４ごとの全電子波動関数を合成することが出来る。これにより、量子化学計算装置１は、分割近似の影響（つまり、セクション３２ごとの電子波動関数の積を全電子波動関数とみなしたことの影響）を補正することが可能となる。つまり、より精度の高い計算を行うことが可能となる。
【００６３】
また、本実施形態による量子化学計算装置１によると、セクション波動関数計算手段１５３は、局所的な波動関数を計算する際に、電子相関を考慮したＣＩ法などを用いることが出来る。その結果、計算量を抑制しつつ、電子相関を考慮した全電子波動関数を計算することが可能となる。
【００６４】
なお、系２が結晶系である場合、反対側のセル３１をセクション３２に含めることで周期境界を実現できる。セル３１が直交等間隔格子に分割された場合の周期境界実現の概念図を図９に示す。図９では、単純のため２次元で図示している。このように、分割された各系で局所波動関数を計算する際の周辺環境を、周期境界を考慮したものとすることで、量子化学計算装置１が結晶系の全電子波動関数を計算することも可能となる。
【００６５】
また、電子分配手段１５２が電子分配を行う際やセクション波動関数計算手段１５３がセクション３２ごとの電子波動関数を計算する際には、比較的遠距離まで作用する近傍の電荷の影響を考慮する方が望ましい。しかしながら、近傍の電荷の影響を考慮するためには、近傍の電子密度（電子波動関数）が必要になり、これは対象セクション（例えば、計算対象のセクション３２に隣接するセクション３２）の電子波動関数が求まらないと確定できない。つまり、電子分配手段１５２が電子分配を行う際やセクション波動関数計算手段１５３がセクション３２ごとの電子波動関数を計算する際には、例えば、計算対象のセクション３２と隣接するセクション３２の電子波動関数が計算されていることが望ましい。このような状況に対処するため、量子化学計算装置１は、自己無撞着となるよう、全電子波動関数を求めてはこれをフィードバックして近傍電荷を求めて再計算を行うという繰り返しの計算を行うよう構成することが出来る。このように、繰り返し全電子波動関数を計算するよう量子化学計算装置１を構成することで、量子化学計算装置１がより精度の高い計算を行うことが可能となる。なお、量子化学計算装置１が繰り返す計算の回数は任意で構わない。
【００６６】
［第２の実施形態］
次に、図１０を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、計算装置５の構成の概要について説明する。
【００６７】
図１０を参照すると、計算装置５は、分割手段５１と、電子波動関数算出手段５２と、全電子波動関数算出手段５３と、を有している。なお、例えば、計算装置５は、図示しない演算装置と図示しない記憶装置とを有しており、図示しない記憶装置に格納されたプログラムを演算装置が実行することで、上記各手段を実現する。
【００６８】
分割手段５１は、計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割する。
【００６９】
電子波動関数算出手段５２は、分割手段５１が分割した領域ごとに電子波動関数を算出する。
【００７０】
全電子波動関数算出手段５３は、電子波動関数算出手段５２が算出した領域ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を算出する。
【００７１】
このように、本実施形態における計算装置５は、分割手段５１と、電子波動関数算出手段５２と、全電子波動関数算出手段５３と、を有している。このような構成により、計算装置５の電子波動関数算出手段５２は、分割手段５１が分割した領域を孤立系として扱い、領域ごとに局所的な電子波動関数を計算することが出来る。また、全電子波動関数算出手段５３は、電子波動関数算出手段５２が算出した領域ごとの局所的な電子波動関数の積により全電子波動関数を算出することが出来る。遠距離で孤立した系の間では反交換関係を無視する近似が適用できる。そのため、領域を孤立系として扱うことで、全電子波動関数をそれぞれ孤立した領域の電子波動関数の積として表すことが出来る。本実施形態における計算装置５は、上記のような近似を利用することで、全電子波動関数を計算する際の計算量を抑制することが可能となる。
【００７２】
また、上述した計算装置５は、当該計算装置５に所定のプログラムが組み込まれることで実現できる。具体的に、本発明の他の形態であるプログラムは、情報処理装置に、計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割する分割手段５１と、分割手段５１が分割した領域ごとに電子波動関数を算出する電子波動関数算出手段５２と、電子波動関数算出手段５２が算出した領域ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を算出する全電子波動関数算出手段５３と、を実現させるためのプログラムである。
【００７３】
また、上述した計算装置５により実行される計算方法は、情報処理装置が、計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割し、分割した領域ごとに電子波動関数を算出し、算出した領域ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を算出する、という方法である。
【００７４】
上述した構成を有する、プログラム、又は、計算方法、の発明であっても、上記計算装置５と同様の作用を有するために、上述した本発明の目的を達成することが出来る。
【００７５】
＜付記＞
上記実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうる。以下、本発明における計算装置などの概略を説明する。但し、本発明は、以下の構成に限定されない。
【００７６】
（付記１）
計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割する分割手段と、
前記分割手段が分割した領域ごとに電子波動関数を算出する電子波動関数算出手段と、
前記電子波動関数算出手段が算出した領域ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を算出する全電子波動関数算出手段と、
を有する
計算装置。
（付記２）
付記１に記載の計算装置であって、
前記電子波動関数算出手段は、第１の領域ごとに電子波動関数を算出するとともに、前記第１の領域に対して一部が重なっている状態で当該第１の領域をずらして形成された第２の領域ごとに電子波動関数を算出し、
前記全電子波動関数算出手段は、前記第１の領域ごとの電子波動関数を積算して第１の全電子波動関数を算出するとともに、前記第２の領域ごとの電子波動関数を積算して第２の全電子波動関数を算出し、算出した前記第１の全電子波動関数と前記第２の全電子波動関数を合成する
計算装置。
（付記３）
付記２に記載の計算装置であって、
前記分割手段は、計算対象の物質を含む所定の空間を前記領域よりも小さな小領域に分割し、前記領域は複数の隣接する前記小領域から構成されており、
前記第１の領域における前記小領域の位置に対応する前記第２の領域における前記小領域は、当該第１の領域における前記小領域の位置とは異なる位置にずれている
計算装置。
（付記４）
付記３に記載の計算装置であって、
前記領域、又は、前記小領域ごとに電子を分配する電子分配手段を有し、
前記電子波動関数算出手段は、前記電子分配手段が分配した電子の数を用いて電子波動関数を算出する
計算装置。
（付記４−１）
付記４に記載の計算装置であって、
前記電子波動関数算出手段は、電子相関が考慮された所定の計算法を適用して電子波動関数を算出するよう構成されており、電子波動関数を算出する際に電子配置を生成する過程において、予め定められた基準に基づいて遠距離励起と判断される励起を禁止するよう構成されている
計算装置。
（付記５）
付記４に記載の計算装置であって、
前記電子分配手段は、前記領域、又は、前記小領域内の分子軌道をそれぞれ前記領域、又は、前記小領域ごとに並列で算出し、算出した分子軌道に基づいて前記領域、又は、前記小領域に電子を分配する
計算装置。
（付記６）
付記３乃至５のいずれかに記載の計算装置であって、
前記分割手段は、前記領域の境界のうち一方の境界に位置する前記小領域と他方の境界に位置する前記小領域とを同一の小領域とすることで、前記領域の境界を周期境界とする
計算装置。
（付記７）
付記２乃至６のいずれかに記載の計算装置であって、
前記領域のうち特定の領域は、前記電子波動関数が算出する電子波動関数を前記領域中の当該特定の領域以外の領域よりも高い重みで反映する領域であり、
前記全電子波動関数算出手段は、前記第１の全電子波動関数と前記第２の全電子波動関数とを、前記特定の領域に極大を持つ関数である重み関数を用いて合成する
計算装置。
（付記７−１）
付記７に記載の計算装置であって、
前記重要領域は、前記計算対象の物質の構造に応じた位置に形成されている
計算装置。
（付記８）
付記２乃至７のいずれかに記載の計算装置であって、
前記全電子波動関数算出手段は、前記第１の全電子波動関数の算出と前記第２の全電子波動関数の算出を並列で行う
計算装置。
（付記９）
情報処理装置が、
計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割し、
分割した領域ごとに電子波動関数を算出し、
算出した領域ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を算出する
計算方法。
（付記９−１）
付記１に記載の計算方法であって、
第１の領域ごとに電子波動関数を算出するとともに、前記第１の領域に対して一部が重なっている状態で当該第１の領域からずれている第２の領域ごとに電子波動関数を算出し、
前記第１の領域ごとの電子波動関数を積算して第１の全電子波動関数を算出するとともに、前記第２の領域ごとの電子波動関数を積算して第２の全電子波動関数を算出し、算出した前記第１の全電子波動関数と前記第２の全電子波動関数を合成する
計算方法。
（付記９−２）
付記９−１に記載の計算方法であって、
計算対象の物質を含む所定の空間を前記領域よりも小さな小領域に分割し、前記領域は複数の隣接する前記小領域から構成されており、
前記第１の領域における前記小領域に対応する前記第２の領域における前記小領域は、当該第１の領域における前記小領域とは異なる位置にずれている
計算方法。
（付記１０）
情報処理装置に、
計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割する分割手段と、
前記分割手段が分割した領域ごとに電子波動関数を算出する電子波動関数算出手段と、
前記電子波動関数算出手段が算出した領域ごとの電子波動関数を積算して全電子波動関数を算出する全電子波動関数算出手段と、
を実現させるためのプログラム。
（付記１０−１）
付記１０に記載のプログラムであって、
前記電子波動関数算出手段は、第１の領域ごとに電子波動関数を算出するとともに、前記第１の領域に対して一部が重なっている状態で当該第１の領域からずれている第２の領域ごとに電子波動関数を算出し、
前記全電子波動関数算出手段は、前記第１の領域ごとの電子波動関数を積算して第１の全電子波動関数を算出するとともに、前記第２の領域ごとの電子波動関数を積算して第２の全電子波動関数を算出し、算出した前記第１の全電子波動関数と前記第２の全電子波動関数を合成する
プログラム。
（付記１０−２）
付記１０−１に記載のプログラムであって、
前記分割手段は、計算対象の物質を含む所定の空間を前記領域よりも小さな小領域に分割し、前記領域は複数の隣接する前記小領域から構成されており、
前記第１の領域における前記小領域に対応する前記第２の領域における前記小領域は、当該第１の領域における前記小領域とは異なる位置にずれている
プログラム。
【００７７】
なお、上記各実施形態及び付記において記載したプログラムは、記憶装置に記憶されていたり、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録されていたりする。例えば、記録媒体は、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、及び、半導体メモリ等の可搬性を有する媒体である。
【００７８】
以上、上記各実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の範囲内で当業者が理解しうる様々な変更をすることが出来る。
【符号の説明】
【００７９】
１  量子化学計算装置
１１  通信Ｉ／Ｆ部
１２  操作入力部
１３  画面表示部
１４  記憶部
１４１  原子座標
１４２  基底関数
１４３  全電子波動関数
１４４  プログラム
１５  演算処理部
１５１  セル分割手段
１５２  電子分配手段
１５３  セクション波動関数計算手段
１５４  レイヤー波動関数計算手段
１５５  レイヤー合成手段
２  系
３  空間
３１  セル
３２  セクション
３３  重要領域
３４  レイヤー
４１  分子軌道
４２  電子
５  計算装置
５１  分割手段
５２  電子波動関数算出手段
５３  全電子波動関数算出手段
【図１】
2018152018.tif 000004
【図２】
2018152018.tif 000005
【図３】
2018152018.tif 000006
【図４】
2018152018.tif 000007
【図５】
2018152018.tif 000008
【図６】
2018152018.tif 000009
【図７】
2018152018.tif 000010
【図８】
2018152018.tif 000011
【図９】
2018152018.tif 000012
【図１０】
2018152018.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月28日(2018.3.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割する分割手段と、
前記分割手段が分割した領域ごとに電子波動関数を算出する電子波動関数算出手段と、
前記電子波動関数算出手段が算出した領域ごとの電子波動関数の積を算出して全電子波動関数を算出する全電子波動関数算出手段と、
を有する
計算装置。
【請求項２】
請求項１に記載の計算装置であって、
前記電子波動関数算出手段は、第１の領域ごとに電子波動関数を算出するとともに、前記第１の領域に対して一部が重なっている状態で当該第１の領域をずらして形成された第２の領域ごとに電子波動関数を算出し、
前記全電子波動関数算出手段は、前記第１の領域ごとの電子波動関数の積を算出して第１の全電子波動関数を算出するとともに、前記第２の領域ごとの電子波動関数の積を算出して第２の全電子波動関数を算出し、算出した前記第１の全電子波動関数と前記第２の全電子波動関数を合成する
計算装置。
【請求項３】
請求項２に記載の計算装置であって、
前記分割手段は、計算対象の物質を含む所定の空間を前記領域よりも小さな小領域に分割し、前記領域は複数の隣接する前記小領域から構成されており、
前記第１の領域における前記小領域の位置に対応する前記第２の領域における前記小領域は、当該第１の領域における前記小領域の位置とは異なる位置にずれている
計算装置。
【請求項４】
請求項３に記載の計算装置であって、
前記領域、又は、前記小領域ごとに電子を分配する電子分配手段を有し、
前記電子波動関数算出手段は、前記電子分配手段が分配した電子の数を用いて電子波動関数を算出する
計算装置。
【請求項５】
請求項４に記載の計算装置であって、
前記電子分配手段は、前記領域、又は、前記小領域内の分子軌道をそれぞれ前記領域、又は、前記小領域ごとに並列で算出し、算出した分子軌道に基づいて前記領域、又は、前記小領域に電子を分配する
計算装置。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれかに記載の計算装置であって、
前記分割手段は、前記領域の境界のうち一方の境界に位置する前記小領域と他方の境界に位置する前記小領域とを同一の小領域とすることで、前記領域の境界を周期境界とする
計算装置。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれかに記載の計算装置であって、
前記領域のうち特定の領域は、前記電子波動関数が算出する電子波動関数を前記領域中の当該特定の領域以外の領域よりも高い重みで反映する領域であり、
前記全電子波動関数算出手段は、前記第１の全電子波動関数と前記第２の全電子波動関数とを、前記特定の領域に極大を持つ関数である重み関数を用いて合成する
計算装置。
【請求項８】
請求項２乃至７のいずれかに記載の計算装置であって、
前記全電子波動関数算出手段は、前記第１の全電子波動関数の算出と前記第２の全電子波動関数の算出を並列で行う
計算装置。
【請求項９】
情報処理装置が、
計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割し、
分割した領域ごとに電子波動関数を算出し、
算出した領域ごとの電子波動関数の積を算出して全電子波動関数を算出する
計算方法。
【請求項１０】
情報処理装置に、
計算対象の物質を含む所定の空間を複数の領域に分割する分割手段と、
前記分割手段が分割した領域ごとに電子波動関数を算出する電子波動関数算出手段と、
前記電子波動関数算出手段が算出した領域ごとの電子波動関数の積を算出して全電子波動関数を算出する全電子波動関数算出手段と、
を実現させるためのプログラム。