ハイブリッドQM/MM法
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2021/02/01 08:35 UTC 版)
「分子動力学法」の記事における「ハイブリッドQM/MM法」の解説
詳細は「QM/MM」を参照 QM（量子力学的）法は非常に強力である。しかしながら、その計算コストは高い。それに対してMM（古典的あるいは分子力学）法は高速だが、いくつかの制限がある（膨大なパラメータ化の必要性、得られたエネルギー推定値がそれ程正確ではないこと、共有結合が切断/形成する反応のシミュレーションに使うことができないこと、化学的反応に関する正確な詳細を与える能力に限界があること）。QM計算の利点（正確性）とMM計算の利点（速さ）を組み合わせた新たな手法が開発されている。これらの手法は混合あるいはハイブリッド量子力学/分子力学法（ハイブリッドQM/MM法）と呼ばれている。 ハイブリッドQM/MM法の最も重要な利点は速さである。最も分かりやすい場合において古典的分子動力学 (MM) を行うコストはO(n2) と見積られる（nは系中の原子の数）。これは主に静電相互作用項（全ての粒子がその他全ての粒子と相互作用する）のためである。しかしながら、打ち切り半径の使用、周期的対表の更新、粒子-メッシュ・エバルト (PME) 法の派生法によって、このコストをO(n) からO(n2) に減らすることができる。言い換えると、2倍の数の原子の系をシミュレーションすると、2倍から4倍の計算力を要することになる。一方で、最も単純なab-initio計算のコストは典型的にO(n3) あるいはそれ以上を見積られる（制限ハートリー＝フォック計算は～O(n2.7) でスケールすることが示唆されている）。この制限を乗り越えるため、系の小さな部分が量子力学的に取り扱われ（典型的には酵素の活性部位）、残りの系が古典的に取り扱われる。 より洗練された実装では、QM/MM法は量子効果に対して敏感な軽い核（例えば水素）と電子状態の両方を扱うために存在する。これによって、水素の波動関数の生成を行うことができる。この方法論は、水素のトンネリングといった現象を調べるために有用である。QM/MM法が新たな発見をもたらした一つの例は、肝臓のアルコール脱水素酵素におけるヒドリド転移の計算である。この場合、水素原子のトンネリングが重要である（反応速度を決定する）。
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