PQS (программное обеспечение)

Разработчик(и)	Параллельные квантовые решения
Стабильная версия	PQS ab initio v. 4.0
Операционная система	Linux , Microsoft Windows , Mac OS
Лицензия	Коммерческий
Веб-сайт	www .pqs-chem .с

PQS общего назначения — это программа квантовой химии . Ее корни уходят в первую градиентную программу ab initio, разработанную группой профессора Питера Пулея, но теперь она разрабатывается и коммерчески распространяется компанией Parallel Quantum Solutions. Снижается стоимость для академических пользователей и лицензии для сайта. Его сильными сторонами являются оптимизация геометрии, расчеты химического сдвига ЯМР и большие вычисления MP2 , а также высокая эффективность параллельного выполнения вычислительных кластеров. Он включает в себя множество других возможностей, включая теорию функционала плотности , полуэмпирические методы, MINDO /3, MNDO , AM1 и PM3 , молекулярную механику с использованием SYBYL 5.0 силового поля , смешанный метод квантовой механики и молекулярной механики с использованием метода ONIOM , орбиталь естественной связи ( NBO) анализ и модели сольватации COSMO . высокоэффективный параллельный код CCSD(T) Недавно был разработан для систем с закрытыми оболочками. Этот код включает в себя множество других пост-методов Хартри-Фока: MP2 , MP3 , MP4 , CISD , CEPA , QCISD и так далее.

История

Программа PQS была разработана Мейером. ^{[ ВОЗ? ]} и Пулай в конце 1960-х годов. Они оба работали в Институте физики и астрофизики Макса Планка в Мюнхене, когда начали писать новую программу ab initio . ^[1] Основная цель заключалась в создании новых методов ab initio. У Пулай и Мейера были несколько разные интересы. ^[1] Пулай был заинтересован в реализации оптимизации геометрии градиента, аналитических производных энергии (силы) и расчетах силовых констант посредством численного дифференцирования аналитических сил, в то время как Мейер был в восторге от приближения пар связанных электронов (CEPA), расчета спиновой плотности и чрезвычайно точной корреляции. такие методы, как взаимодействие псевдоестественной орбитальной конфигурации (PNO-CI). ^[1] В то время аналитические градиенты ограничивались волновыми функциями Хартри-Фока с закрытой оболочкой. Однако им удалось сделать это для неограниченного (UHF) и ограниченного открытого метода (ROHF) в 1970 году. Первая версия кода была завершена в 1969 году в институте Макса-Планка и Штутгартском университете . Затем Мейер назвал его « MOLPRO » и использовал базисные наборы гауссовских лепестков. ^[1] В 1970-х годах в текущую версию MOLPRO был добавлен ряд продвинутых методов, таких как многоконфигурационное самосогласованное поле (MC-SCF) и взаимодействие с множеством ссылок на внутренние контракты (MR-CI). Одновременно, в 1980-х годах, MOLPRO была расширена и в основном переписана Хансом-Иоахимом Вернером , Питером Ноулзом и коллегами Мейера. ^[1]

Тем временем в 1976 году Пулай навещал Боггса в Техасском университете в Остине и Шефера в Калифорнийском университете . Они написали новую программу под названием TEXAS на основе оригинальной MOLPRO и заменили функции лепестка Гаусса стандартными функциями Гаусса. ^[1] В ТЕХАС особое внимание уделялось большим молекулам, конвергенции SCF, методам оптимизации геометрии и расчетам, связанным с вибрационной спектроскопией. С 1982 года программа получила дальнейшее развитие в Университете Арканзаса. ^[1]

Первым значительным расширением стало использование нескольких новых методов электронной корреляции Саебо и программы MC-SCF первого порядка Гамильтона. Важнейшим вариантом стала реализация первой практической программы ЯМР калибровочно-инвариантных атомных орбиталей (GIAO) Волински, которая дополнительно включала высокоэффективный интегральный пакет. ^[1] Бофилл выполнил беспрепятственную программу естественного полного орбитального активного пространства (UNO-CAS), включая аналитические градиенты; это дешевая альтернатива MC-SCF, которая в большинстве случаев работает так же хорошо. Первоначально TEXAS был распараллелен в 1995–1996 годах на кластере из 10 рабочих станций IBM RS6000. ^[1]

В 1996 году Бейкер присоединился к Пулаю, и примерно в то же время Intel выпустила Pentium Pro , процессор для ПК, который был конкурентоспособен с рабочими станциями начального уровня и был примерно на порядок дешевле. Понимая возможности этого улучшения для вычислительной химии , была сформирована компания PQS, и в июле 1997 года была подана заявка на грант SBIR для коммерческой разработки кластеров ПК для параллельных вычислений ab initio. ^[1] Тем временем группа Пулай, финансируемая за счет гранта Национального научного фонда, приступила к созданию кластера Linux с использованием процессоров Pentium II с частотой 300 МГц. По счастливому стечению обстоятельств оказалось несколько способных и владеющих компьютером аспирантов, в частности Мадьярфалви и Ширель. ^[1] Кластер ПК имел полный успех и значительно превзошел по производительности кластер IBM Workstation, который был вычислительной опорой группы, при небольших затратах. ^[1]

Программирование PQS было продемонстрировано на коде TEXAS, и его части, в основном код NMR, были разрешены PQS из Университета Арканзаса. ^[1] Большая часть кода была значительно изменена, чтобы соответствовать двойным пунктам: (а) полная параллелизация всех основных функций; и (б) иметь возможность регулярно выполнять вычисления в обширных системах. ^[1] Они стремились в первую очередь к умеренному уровню параллелизма (от 8 до 32 ЦП), поскольку это наиболее широко распространенный размер индивидуального или группового ресурса. Действительно, даже в очень больших кластерах обычно каждому пользователю выделяется только определенный процент доступных процессоров. ^[1]

Функции

Базовые возможности в области коррелированных энергий высокого уровня для PQS ab initio v. 4.0 включают волновые функции MP3 , MP4 , CID , CISD , CEPA-0 , CEPA-2 , QCISD , QCISD(T) , CCD , CCSD и CCSD(T) ; принудительная оптимизация геометрии (используется, в том числе, для моделирования результатов экспериментов атомно-силовой микроскопии (АСМ); канонические энергии UMP2 полной точности, а также аналитические поляризуемости и гиперполяризуемости для волновых функций HF и DFT. ^[2]

Эффективный пакет векторизованных гауссовских интегралов, обеспечивающий базисные функции с высокими угловыми моментами и общие сокращения.
Симметрия абелевой точечной группы повсюду; использует полную симметрию группы точек (вплоть до Ih) для этапа оптимизации геометрии и гессиан (2-я производная) CPHF.
Энергии и градиенты SCF с закрытой оболочкой (RHF) и с открытой оболочкой (UHF), включая несколько вариантов начального предположения волновой функции. Улучшенная конвергенция SCF для систем с открытой оболочкой.
Энергии и градиенты функционала плотности с закрытой (RHF) и открытой оболочкой (UHF), включая все популярные обменно-корреляционные функционалы: VWN, B88, OPTX, LYP, P86, PW91, PBE, B97, HCTH, B3LYP, придумайте свой собственный функционал и т. д.
Быстрые и точные чистые энергии и градиенты ДПФ для больших базисных наборов с использованием метода кулоновского преобразования Фурье (FTC).
Продуктивная, адаптируемая оптимизация геометрии для каждого из этих методов, включая алгоритм следования собственному вектору (EF) для минимизации и поиска перевала, алгоритм Пулая GDIIS для минимизации, использование декартовой, Z-матрицы и делокализованных внутренних координат. Включает новые координаты для эффективной оптимизации молекулярных кластеров и адсорбции/реакции на поверхностях модели. ^[3]
Полный спектр геометрических ограничений, включая фиксированные расстояния, плоские изгибы, скручивания и изгибы вне плоскости между любыми атомами в молекуле и замороженными (фиксированными) атомами. Атомы, участвующие в ограничениях, не должны быть формально связаны, и - в отличие от Z-матрицы - желаемые ограничения не должны удовлетворяться в исходной геометрии.
Пояснительные вторые дочерние компании для каждой из этих систем, включая расчет частот колебаний, интенсивностей ИК-излучения и термодинамический анализ. ^[3]
Эффективные химические сдвиги ЯМР для волновых функций HF и DFT закрытой оболочки.
Полный спектр эффективных основных потенциалов (ECP), как релятивистских, так и нерелятивистских, с энергиями, градиентами, аналитическими вторыми производными и ЯМР.
Энергии MP2 с закрытой оболочкой и аналитические градиенты, а также энергии MP2 с двойной базисой; числовые вторые производные MP2.
Потенциальное сканирование, включая сканирование + оптимизация всех остальных степеней свободы.
Путь реакции (IRC) с использованием Z-матрицы, декартовых или взвешенных по массе декартовых координат.
Модель сольватации скрининга в виде проводника (COSMO), включая энергии, аналитические градиенты, числовые вторые производные и ЯМР.
Популяционный анализ, включая порядок связей и атомную валентность (со свободными валентностями для систем с открытой оболочкой); CHELP и Чословский обвиняют.
Анализ порядка естественных связей Вейнхольда (NBO), включая естественную популяцию и стерический анализ.
Модуль свойств с зарядом, спиновой плотностью и градиентом электрического поля в ядре.
Поляризуемость и производные диполя и поляризуемости; Рамановские интенсивности.
Полный полуэмпирический пакет, как открытые (неограниченные), так и закрытые энергии и градиенты, включая MINDO/3, MNDO, AM1 и PM3. Для последнего параметризованы все элементы основной группы до четвертого ряда (кроме благородных газов), а также цинк и кадмий.
Молекулярная механика с использованием силовых полей Сивиллы 5.2 и UFF.
QM/MM с использованием метода ONIOM.
Молекулярная динамика с использованием простого алгоритма Верле.
Ввод в стиле Pople для быстрого создания ввода и совместимости с другими программами.
Генерация и отображение графического ввода
Все основные функциональные возможности ab initio полностью параллельны (кроме градиентов MP2, которые являются только последовательными — параллельная версия находится в стадии разработки).
Рассчитайте молекулярную структуру и колебательные спектры для переходного состояния , инфракрасного (ИК), комбинационного рассеяния света и колебательного кругового дихроизма (VCD). ^[4]

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот Бейкер, Джон; Волински, Кшиштоф; Малаголи, Массимо; Кингхорн, Дон; Волински, Павел; Мадьярфалви, Габор; Саэбо, Свейн; Яновский, Томаш; Пулай, Питер (2008). «Квантовая химия параллельно с PQS». Журнал вычислительной химии . 30 (2): 317–335. дои : 10.1002/jcc.21052 . ПМИД 18615419 . S2CID 10795179 .
^ «PQS ab initio v. 4.0» . Параллельные квантовые решения . Вычислительная химия под ключ.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Пакет программ PQS Ab Initio» (PDF) . Параллельное квантовое решение.
^ Лещинский, Ежи; Качмарек-Кендзера, Анна; Г. Пападопулос, Мантос; Рейс, Гериберт; Дж. Садлей, Анджей; К. Шукла, Манодж (13 января 2012 г.). Справочник по вычислительной химии (изд. 2012 г.). Спрингер. ISBN 9789400707115 .

Внешние ссылки

Параллельные квантовые решения

[pqs1-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж ^к ^л ^м ^н ^тот Бейкер, Джон; Волински, Кшиштоф; Малаголи, Массимо; Кингхорн, Дон; Волински, Павел; Мадьярфалви, Габор; Саэбо, Свейн; Яновский, Томаш; Пулай, Питер (2008). «Квантовая химия параллельно с PQS». Журнал вычислительной химии . 30 (2): 317–335. дои : 10.1002/jcc.21052 . ПМИД 18615419 . S2CID 10795179 .

[2] «PQS ab initio v. 4.0» . Параллельные квантовые решения . Вычислительная химия под ключ.

[pqs2-3] Перейти обратно: ^а ^б «Пакет программ PQS Ab Initio» (PDF) . Параллельное квантовое решение.

[4] Лещинский, Ежи; Качмарек-Кендзера, Анна; Г. Пападопулос, Мантос; Рейс, Гериберт; Дж. Садлей, Анджей; К. Шукла, Манодж (13 января 2012 г.). Справочник по вычислительной химии (изд. 2012 г.). Спрингер. ISBN 9789400707115 .

[1]

[2]

[3]

[4]