計算材料科學的快速發展對新材料的研發和新技術的發明做出了卓越貢獻，并對量子信息科學、能源、健康和國家安全等領域產生了重要影響，在半導體、制藥行業中已得到廣泛使用。計算材料科學的一個核心方向是模擬代碼的開發，這些代碼可以單獨執行特定任務，通過協同，能執行復雜的仿真。這樣，代碼之間的接口對于仿真軟件的可維護性、可重用性和可擴展性，就變得至關重要了。

來自美國Argonne國家實驗室材料科學與分子工程中心的Govoni等，提出了一種代碼策略：通過開發可互操作的代碼，有效地實現相互耦合，來執行復雜的任務，從而構建出一套簡單、流程化的計算方案，來預測和設計不同種類材料的多樣特性。

以有效地相互耦合以執行復雜的任務，從而構建簡單，精簡的計算方案，以預測和設計多種材料的多種特性。使用該策略，作者模擬了材料的結構和光譜性質，包括催化化學反應，量子材料中的缺陷，以及熱和電荷傳輸。

作者提出的耦合計算策略，通過定義算法的縮放比例，可以在不同的體系結構上執行不同的屬性或計算的不同部分。重要的是，該代碼有望對材料的屬性進行模塊化仿真，從而大大加快適用于各種不同系統模擬軟件的開發，有效地拓寬了量子仿真的范圍。

該文近期發表于npj Computational Materials 7： 32 （2021），英文標題與摘要如下。

Code interoperability extends the scope of quantum simulations

Marco Govoni， Jonathan Whitmer， Juan de Pablo， Francois Gygi & Giulia Galli

The functionality of many materials is critically dependent on the integration of dissimilar components and on the interfaces that arise between them. The description of such heterogeneous components requires the development and deployment of first principles methods， coupled to appropriate dynamical descriptions of matter and advanced sampling techniques，

in order to capture all the relevant length and time scales of importance to the materials’ performance. It is thus essential to build simple， streamlined computational schemes for the prediction and design of multiple properties of broad classes of materials， by developing interoperable codes which can be efficiently coupled to each other to perform complex tasks.

We discuss the use of interoperable codes to simulate the structural and spectroscopic characterization of materials， including chemical reactions for catalysis， the description of defects for quantum information science， and heat and charge transport.

編輯：jq