先定义要比较的出口
以低面入射的 Tully 模型为例。核坐标 向右为正,左出口取 ,右出口取 ,长度用 玻尔。每个出口再按同一组绝热态投影分成低面与高面;中央区域的剩余概率单独保留。
在量子计算中,出口概率是投影密度的空间积分。轨迹方法按同一位置窗计数,Ehrenfest 还需使用电子投影权重。FSSH 的活跃势面计数与电子振幅投影都是有用的诊断,但不能在表格中不加说明地互换。
有限时刻的出口概率与无穷远散射概率不同。入口波包尚未通过,或出射分支尚未离开中央区时,应延长时间再比较。吸收层位于更远的数值边缘。比较表把各出口仍在网格内的概率,与远处吸收层按方向、电子态收集的出射概率相加;两部分也分别保存。扩大盒子、关闭吸收层的独立计算检验这项修正。
对应阅读:John C. Tully · Cigrang et al.
区域概率的改变来自边界通量
先看固定透热基底中的总概率密度 。将薛定谔方程与其复共轭相减,实对称势能项相消,留下连续性方程。概率流 由核波函数的空间相位梯度决定。
对区间 积分,区间概率的变化率等于左边流入减右边流出。若加入复吸收势,还要计入对应的损失。某一绝热通道的连续性方程,还要包含通道间转移的源项。
守恒与收敛分别排查不同问题
没有吸收时,量子范数应保持一。加入吸收后,要检查剩余范数与累计损失之和。能量则在波包进入吸收层前比较;吸收层会移除能量,不能要求剩余波函数的能量始终不变。
网格检查保持物理区间不变、增加采样点,观察出口概率和高波数尾部。时间步检查保持网格不变、把步长减半。边界检查扩大盒子或改变吸收层,观察内部结果是否稳定。这三次改变回答不同问题。
表象检查必须同时变换初态、势能与测量投影。常数酉旋转应保持总密度;位置相关旋转还要变换动能。要得到准确的电子转移与分支比例,还需解析空间结构,并检查演化收敛。
完整算例:轨迹数增加四倍能改善多少
设 条相互独立轨迹中, 条到达某个出口,估计概率 。二项计数的标准误约为 。把轨迹数增为 ,在相同概率附近标准误约为 ,下降一半。
若收敛量子参考为 ,两者差为 ,远大于这份计数标准误,就值得继续检查方法差异。仍需确认量子误差、初态匹配和出口时间;仅靠一个标准误无法替代这些检查。
对带电子权重的平均数,应用权重样本的方差估计标准误,不能直接套二项公式。改变随机种子可重复评估采样稳定性;量子网格误差则用网格与步长改变来评估。
保存记录以后,才讨论成本与偏差
一次可复算比较保存势能版本、单位、波包宽度约定、初始电子态、网格、盒子、时间步、结束时刻、轨迹数、种子、跳跃拒绝规则与出口窗。时间序列和末态轨迹能帮助重算表格,而不只留下几张截图。
计算成本要说明量的是什么:纯求解时间、含初态生成的总时间、每条轨迹步数,还是连绘图和文件下载都算进去的页面耗时。不同硬件上的毫秒数不能直接当作算法复杂度。重复测量时固定数值精度与任务。
2025 年基准路线图把模型、电子结构、初态和观测量列为需要共同约定的部分。这里先完成相同低维模型的算法比较;把结论用于具体分子,还需加入电子结构误差、缺失自由度与真实实验的观测过程。
对应阅读:Cigrang et al.
读原论文基准时,核对波包宽度与图轴
Tully 原论文的散射图采用自己的入射波包宽度约定。复算选定动量时,要把原文的振幅宽度换成位置概率标准差,并保存换算。设原文 高斯 振幅为 ,概率标准差就是 。
若参考值从扫描图读出,图像分辨率与读点方法也带来误差。把复算结果与参考区间比较,能够检查限定图点;限定图点复算与网格、步长收敛分别检查不同问题。