武汉量子技术研究院

TBPLaS 2.0：大尺度计算物理软件，建模和计算速度双提升

发布时间：2025.06.19 15:07:33 | 【大中小】 | 【打印】【关闭】

经过一年多的开发和测试，TBPLaS 2.0版终于正式发布了。

TBPLaS是一款基于紧束缚近似，用于研究大尺度凝聚态物理体系的计算物理软件，最新版本由武汉大学与武汉量子技术研究院联合团队开发。

TBPLaS主要基于团队负责人袁声军教授发展的线性标度TBPM方法，通过模拟波函数的含时演化，计算多电子体系的电学、光学、输运和等离激元性质。TBPM方法绕开传统物性计算中的对角化过程，资源消耗与体系大小呈线性相关，模拟尺寸跨度可达到近10个数量级，至数十亿个原子或者更大的复杂量子体系，其计算尺度和速度较传统方法提升至少5-6个数量级。

TBPLaS 1.x系列版本于2022年开源，目前用户覆盖全球数十个国家和地区，应用领域涵盖二维晶体、莫尔超晶格、半导体材料、准晶、分形等复杂量子体系的前沿研究，支撑的重要学术成果发表于Science（1篇）、Phys. Rev. Lett.（3篇）、 Phys. Rev. X（1篇）、Nat. Commun.（3篇）、Nano Lett.（2篇）和Phys. Rev. B（31篇）等期刊。

TBPLaS 2.0的大版本更新，着重提升建模和计算速度，降低资源消耗，优化使用流程，并增加了C++接口、GPU加速、Windows系统支持等功能。具体更新内容如下：

一、建模工具方面：

1.原有Python版建模工具大幅度优化，建模速度提升20%-40%。

2.新增与Python版1:1兼容的C++版建模工具，建模速度提升1个数量级。

二、物性计算方面：

1.用C++彻底重写求解器模块，计算速度提升30%-400%，内存占用显著降低。

2.重新设计计算流程，使对角化方法和TBPM方法更加一致，学习成本更低。

3.升级程序架构，文档更完善，二次开发便捷性提升。

4.对角化方法新增计算拓扑性质的Berry求解器。

5.对角化方法支持求解给定能量区间内的本征值和本征态，以及能带、态密度等后续物性计算（基于FEAST）。

6.对角化方法支持非正交基组，以及后续物性计算。

7.TBPM方法支持GPU加速（基于CUDA），支持运行时CPU/GPU自由切换。

三、其它更新：

1.支持Windows系统，提供二进制安装包，实现全平台覆盖。

2.支持OpenBLAS、AOCL等高性能数学库。

3.更新文档和教程至最新版。

● 详细内容见主页更新日志：

https://www.tbplas.net/release.html

● 欢迎中文用户加入QQ群：

327153928

建模效率对比：

计算效率对比：

开发团队介绍：

▶ 开发团队负责人：袁声军教授

武汉大学二级教授、武汉量子技术研究院副院长（兼），长期从事原创计算物理方法的研究，独立自主开发了多款计算物理软件。曾获荷兰物质基础研究基金、国家级青年人才计划和国家杰出青年科学基金。

▶ 开发团队成员（2.0版本）

李云海博士

武汉量子技术研究院研究员，主要从事大尺度物性模拟方法与程序开发工作。TBPLaS核心开发人员，负责软件架构、算法设计、技术方案制定、文档维护等工作。

吴泽文博士

武汉量子技术研究院副研究员，TBPLaS核心开发人员，深度参与TBPLaS C++ 版本移植和优化，突破旧版本建模尺度、速度方面的限制，提升了计算模块的效率。

张淼工程师

专职软件开发工程师，负责程序开发、优化与维护、GPU移植等工作。

王隽以工程师

专职软件开发工程师，负责程序开发、优化与维护、建模模块、数学库接口、Python接口等工作。

供稿 | 量子计算研究部

编辑 | 综合办公室武文婷