Некоторые свойства молекул типа геометрии (включая динамику) уже давно можно подчитать точнее, чем померять. Делается это без всякой квантовой механики используя классическую физику и накопленные эмпирические параметры. Работает это и для очень больших молекул с десятками тысяч атомов. Хороший софт довольно дорогой (потому как фарма покупает без разговоров), а бесплатный довольно неудобный. Проблемы начинаются, когда надо предсказывать реакционную способность молекул - там без квантовомеханических вычислений не обойтись, и результат будет зависеть от метода. Насколько я монимаю, для квантовой механики бесплатный софт не хуже коммерческого. Но постепеный прогресс есть и и там, и там.

У меня жена химик и я у нее на эту тему допытывался.

Она говорит примерно так, что гораздо проще получается померить реальные параметры молекул и использовать их для калибровки приближенных расчетов (в том числе, очень грубо приближенных), чем считать из первопринципов. Поэтому расчеты из первопринципов - это весьма нишевое занятие, в котором требуемые ресурсы обычно не окупают приносимую пользу. Поэтому и продвижение state of the art вряд ли будет сильно быстрым.
В 90е годы порогом возможности расчетов из первопринципов считался одиночный атом углерода без всяких дополнительных электронов. Сейчас вот... тридцать-сорок электронов - это же примерно молекула пропана, так?

she should of known about computational chemistry Car-Parinello pseudo potential approximation of DFT

https://en.wikipedia.org/wiki/Car–Parrinello_molecular_dynamics

there are software packages for Car-Parinello and other Lists of molecular packages in the end of the articles

Два ответа с двух разных уровней.

Громов пишет в своей недавней книжке, что рассчитать 3Д-геометрию молекулы белка известной структуры - бесконечно далеко от возможностей современной вычислительной техники.

Биологи давно уже знают, что C. elegans состоит ровно из 911 клеток (кажется, особь другого пола - чуть другое число), и вся динамика этого "клеточного комплекса", с нуля и до смерти организма, запротоколирована: когда какая клетка образуется, чем занимается в жизни и когда помирает.

Построить клеточный автомат с предписанным поведением никак не получается. Чего уж там не хватает, - языка описания, сложностной барьер слишком высок, ... - я в деталях не помню. Одно время за эту задачу схватился было автор письма, но и он свалил в сторону без больших достижений, как я понял.

>Громов пишет в своей недавней книжке

Что за книга?

Я химик, но не теоретик.
А вас интересует именно возможность расчётов без апроксимаций или вообще что можно реально посчитать? В целом я согласен с affidavid выше - основные рассчёты сейчас идут с тем или иным уровнем приближения, посчитать же полностью с нуля что-то реально сложное слишком трудозатратно. Я бы не сказал что это невозможно на нынешнем уровне рассчитать полностью хотя бы одну большую молекулу, но затраты вычислительных мощностях будут реально нецелесообразны...

Подробнее можно спросить photon190573, это вроде бы её поле работы :)

Отвечаю, раз позвали :)
Уравнение Шредингера для 3 и более частиц (т.е., молекулярный ион H2+ и более сложные системы) -- это квантовая задача 3 тел. Как и классическая, она точно не решается, поэтому решают ее только приближенно.
Какую степень приближения мы можем себе позволить, насколько точный будет результат, и чего это нам будет стоить?
Сейчас вполне надежно можно предсказывать, например, спектральные свойства молекул, содержащих до 100 атомов. Главное -- выбрать правильную модель (что учесть, чем пренебречь).
Тут еще такое дело: у малых (2-3-атомных) молекул спектры известны с высокой точностью. Чтобы их воспроизвести, нужны самые высокоуровневые расчеты. Но к счастью, для малых молекул мы можем себе позволить расчеты любой сложности. А у больших молекул спектральные полосы размазаны (см. https://photon190573.livejournal.com/11638.html) и мега-точность не требуется.
Короче, правильный ответ на вопрос, с какой точностью можно рассчитать свойства молекулы из первых принципов, будет: а какая Вам нужна? а вы уверены, что Вам нужна именно такая точность? точно-точно?

flying_bear некоторое время назад писал, что в физике конденсированного состояния колоссальный прорыв последние десятилетия - свойства (в основном неорганических как я понял) веществ и материалов стали рассчитывать с большой точностью.

Вот тут, собственно:
https://flying-bear.livejournal.com/2705631.html

Edited at 2019-11-16 14:13 (UTC)

Как раз работаю в области молекулярного моделирования, недавно защитился.
Да, с тех пор существенный прогресс.
На ПК спокойно можно запустить симуляцию системы размером до 1e5 атомов на время до микросекунды. Если есть игровой GPU, то это даже будет быстро (10-20 наносекунд/день).
На суперкомпьютерах вполне уже делают кусочки живой клетки и целые вирусы (хотя чаще в рамках грубозернистого подхода)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5711704/
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4476923/
По софту: довольно низкий порог вхождения у LAMMPS, причем он есть и под винду. На прошлой неделе у меня школьники начали делать простенькие МД-расчеты (1e3-2e3 атомов) за полчаса. Но LAMMPS сложнее, когда дело касается многоатомных молекул. Тогда лучше использовать GROMACS, у него чуть выше порог вхождения, зато работа с многоатомными молекулами, на мой вкус, проще. Обе в свободном доступе, качаете и запускаете.
Если хочется прям ab initio molecular dynamics, то можно попробовать Quantum Espresso. Тут уже детали подсказать не могу, сам не работал, но отзывы хорошие. Понятно, что клетку ab initio просто так не сделаешь, но хорошую молекулярную систему 1e3-1e4 атомов средний кластер вполне потянет.
В квантовой области тоже прогресс, коллеги считают крупные молекулярные комплексы (1e2 атомов, включая металлы) редкоземельных металлов на хорошем уровне теории без особых проблем.
Прогресс связан в первую очередь с успешным внедрением графических карт в научную практику и адаптацию под них софта. С графикой молекулярные симуляции стали на порядки быстрее работать за относительно скромные деньги.

Очень круто, большое спасибо!

у Гугла есть проект Alpha Fold
https://www.nature.com/articles/d41586-019-01357-6

Очень интересно будет почитать ответы. Недавно я слышал, что якобы “ab initio calculations for 100 electrons almost within reach”.

Я так понял, всё очень плохо. Потому что квантовая механика оперирует понятием волновой функции, а та есть функция от координат всех частиц. Т.е. размерность_пространства = три * число_частиц (где частица = электрон или ядро). Или не три, а шесть - если ещё и импульсы.

Где-то в районе 2000-го года я говорил с парнем, который рассказывал, что на домашнем компьютере считает комплексные молекулы - каждая занимала по несколько дней.

Есть хорошая статья Sсott Aaaranson "Why quantum chemistry is hard? " Там рассказывается про то что один из самых популярных алгоритмов как минимум NP-hard.
Т.е. с обычными компьютерами ничего тащемта не светит. Для рассчета одной клетки нужен будет компьютер массой со вселенную и т.д.

Настоящая революция в этой области будет с появлением работающих квантовых компьютеров. Это собственно наверное самое важное применение кв. вычислений. Работающий квантовый компьютеры должны позволять обсчитывать достаточно большие молекулярные системы.

А чем квантовый компьютер лучше, чем сама эта целевая квантовая система (молекула, то бишь), которая сама себя "считает" в реальном времени?

То же вопрос симуляции для квантового компьютера

Если по каждой координате положить по 1024 узлов, для расчетов эволюции квантовой системы из 10 частиц (например, точный расчет химической реакции двух атомов, имеющих суммарно 8 активных электронов) потребуется квантовый компьютер с 300 кубитами. Ну или классический компьютер с памятью в один наногуголбайт …

https://antihydrogen.livejournal.com/40965.html

Я если честно не очень понял вопрос... Симулировать можно всё что угодно. Помниться, целые вирусы симулировали, работу рибозома, многое разное. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959440X19300211?via%3Dihub

Естественно, это не совсем как на самом деле. Но какие-то аппроксимации всегда будут. Для некоторых задач подходит, для других дальше методы импрувить надо.

Я про небольшие молекулы немного знаю - сейчас всё сложнее опубликовать новую реакцию или тип молекул без обсчитывания механизма, энергий, геометрии. Расхождения с экспериментом конечно есть, но как правило не сильные. А если сильные - ищем ошибки в эксперименте. Софт для этого - как правило Гауссиан или Орка.
https://gaussian.com/ https://en.wikipedia.org/wiki/ORCA_(quantum_chemistry_program)

Ссылку на Gaussian следует сопровождать пояснением, что контора эта довольно жлобская. Мало того, что продаёт «чёрный ящик» за деньги, так ещё и банит конкурентов, даже самого Попла забанила.

Я не совсем понимаю постановку вопроса. На уровне квантовой механики мы даже отдельный атом водорода не можем посчитать, не то что молекулу. Количество переменных, от которых зависит волновая функция облака электронов, пропорционально числу электронов, с каждум дополнительным электроном размерность решетки, на которой мы считаем волновую функцию, увеличивается на 3. Ясно, что предел наступает довольно быстро, и прогресс в копьютерах тут не сильно поможет, поэтому нужно использовать какие-то аппроксимации.

Смотря что называть ab initio.
То, что часто этим словом называют, а именно DFT расчёты, в самом деле тысячи атомов на современной персоналке доступны. Динамика на уровне фемтосекунд и такие расчёты неплохо масштабируются. Качественно неплохо описывают простую химию, если дополнить всякой эмпирикой для Ван-дер-Ваальса и дисперсионных поправок, то могут описывать уже достаточно сложную химию "за те же деньги".
Но! Это "ненастоящее ab initio". Сложность "настоящего" квантовомеханического расчёта многоэлектронной системы растёт экспоненциально с числом количества электронов и для любого компьютера можно найти то (небольшое) количество электронов для которого никакой расчёт невозможен.
Есть некоторый набор квантовохимических методов, которые занимают промежуточное положение. С "химической точностью" (сколько-то калорий на моль) совсем из первых принципов можно посчитать небольшие молекулы из лёгких атомов.

Собственно, в зависимости от того, что конкретно интересует, и софт надо разный брать.

Edited at 2019-11-16 19:46 (UTC)

я в этом ни разу не специалист, но прошлым летом была на конференции, где вот эти люди https://otilumionics.com/quantum-computing/ объявили о квантовой доминации (supremacy), причем, в отличии от некоторых :) на реально полезной задаче. То есть, у них была прикладная задача, которую они не могли решить на классической системе за разумное время, но d-wave с 2000 кубитами хватило. Статья: https://arxiv.org/pdf/1901.04715.pdf но, наверное, есть и другие