Q-Chem
 | |
| Разработчик(и) | Q-Chem Inc., сообщество разработчиков Q-Chem |
|---|---|
| Стабильная версия | 6.1.1 / 6 декабря 2023 г |
| Написано в | Фортран , С , С++ |
| Операционная система | Linux , FreeBSD , Unix и подобные операционные системы, Microsoft Windows , Mac OS X |
| Тип | Ab initio квантовая химия , Теория функционала плотности , КМ/ММ , AIMD , Вычислительная химия |
| Лицензия | Коммерческий, академический |
| Веб-сайт | www |
Q-Chem - это пакет электронных структур общего назначения. [1] [2] [3] [4] включает в себя множество устоявшихся и новых методов, реализованных с использованием инновационных алгоритмов, которые позволяют быстро рассчитывать большие системы на различных компьютерных архитектурах, от ноутбуков и обычных лабораторных рабочих станций до кластеров среднего размера, HPCC и облачных вычислений с использованием подходов, основанных на функционале плотности и волновой функции. Он предлагает интегрированный графический интерфейс и генератор ввода; большой выбор функционалов и корреляционных методов, включая методы для электронно-возбужденных состояний и систем с открытой оболочкой; модели сольватации; и инструменты анализа волновой функции. Помимо обслуживания вычислительной химии [5] Сообщество Q-Chem также предоставляет универсальную платформу для разработки кода.
История
[ редактировать ]Программное обеспечение Q-Chem поддерживается и распространяется компанией Q-Chem, Inc., [6] расположен в Плезантоне, Калифорния, США. Она была основана в 1993 году в результате разногласий внутри компании Gaussian , которые привели к уходу (и последующему «запрету») Джона Попла и ряда его студентов и постдоков (см . [7] ). [6] [8]
Первые строки кода Q-Chem были написаны Питером Гиллом , на тот момент постдоком компании Pople , во время зимних каникул (декабрь 1992 года) в Австралии. Вскоре к Джиллу присоединились Бенни Джонсон ( аспирант Pople ) и Карлос Гонсалес (еще один постдок Pople ), но последний вскоре после этого покинул компанию. В середине 1993 года Мартин Хед-Гордон , бывший студент Pople , но в то время работавший в Беркли , присоединился к растущей команде академических разработчиков. [6] [8]
Готовясь к первому коммерческому выпуску, компания наняла Юджина Флейшмана на должность директора по маркетингу и в январе 1997 года приобрела URL-адрес www.q-chem.com. Первый коммерческий продукт, Q-Chem 1.0, был выпущен в марте 1997 года. Отмечали рекламные открытки. выпуск с гордым заголовком: «Проблемы, которые когда-то были невозможными, теперь стали рутиной»; однако версия 1.0 имела много недостатков, и один острослов однажды заметил, что слова «невозможно» и «рутинно», наверное, следует поменять местами! [8] Однако энергичная разработка кода продолжалась, и к следующему году Q-Chem 1.1 смог предложить большую часть основных квантово-химических функций, а также растущий список функций (метод непрерывных быстрых мультиполей, механизм J-матрицы, COLD PRISM для интегралы и функционал плотности G96 , например), которые не были доступны ни в одном другом пакете. [6] [8]
После неудачи, когда Джонсон ушел, компания стала более децентрализованной, устанавливая и развивая отношения с постоянно растущим кругом исследовательских групп в университетах по всему миру. В 1998 году Фриц Шефер его соглашения о неконкуренции с Gaussian принял приглашение войти в совет директоров, а в начале 1999 года, как только истек срок , к нему присоединился Джон Попл в качестве директора и разработчика кода. [6] [8]
В 2000 году Q-Chem установила сотрудничество с Wavefunction Inc., что привело к включению Q-Chem в качестве механизма ab initio во все последующие версии пакета Spartan. В марте 2003 года Совет директоров Q-Chem был расширен за счет Анны Крыловой и Jing Kong. В 2012 году Джон Герберт присоединился к Совету директоров, а Фриц Шефер стал почетным членом. В следующем году Ширин Фараджи вошла в состав Совета директоров; Питер Гилл , который был президентом Q-Chem с 1988 года, ушел в отставку; и Анна Крылова стала новым президентом. В сезоне 2022–2023 годов к совету директоров присоединились Юэчжи Мао и Джунхо Ли.В состав активного совета директоров в настоящее время входят Ли, Мао, Фараджи, Гилл (бывший президент), Герберт, Крылов (президент) и Хилари Попл ( дочь Джона ). Мартин Хед-Гордон остается научным советником Совета. [6] [8]
В настоящее время используются тысячи лицензий Q-Chem, а база пользователей Q-Chem расширяется, о чем свидетельствуют записи цитирования версий 2.0, 3.0 и 4.0, число которых в 2016 году достигло 400 в год (см. рисунок 2). [8]
Q-Chem использовался в качестве двигателя в высокопроизводительных исследованиях, таких как Гарвардский проект чистой энергии , [9] в котором ежедневно выполнялось около 350 000 вычислений в IBM World Community Grid .
Инновационные алгоритмы и новые подходы к электронной структуре позволили сделать передовые научные открытия. Этот переход от внутреннего кода к основному механизму электронной структуры стал возможен благодаря вкладу многочисленных научных сотрудников; Бизнес-модель Q-Chem поощряет широкое участие разработчиков. Q-Chem определяет свой жанр как ПО с открытым коллективом: [8] его исходный код открыт для большой группы разработчиков. Кроме того, некоторые модули Q-Chem распространяются с открытым исходным кодом. [8] С 1992 года разработке кода было посвящено более 400 мужчин (и женщин). Q-Chem 5.2.2, выпущенный в декабре 2019 года, состоит из 7,5 миллионов строк кода, включая вклад более чем 300 активных разработчиков (текущая оценка — 312). [6] [8] См. рисунок 3.
Функции
[ редактировать ]Q-Chem может выполнять ряд общих квантово-химических расчетов, таких как теория Хартри-Фока , теория функционала плотности (DFT), включая зависящее от времени DFT ( TDDFT ), теория возмущений Мёллера-Плессе (MP2), связанный кластер (CC), уравнение -связанный кластер движения (EOM-CC), [10] [11] [12] конфигурационное взаимодействие (CI), алгебро-диаграммное построение (ADC) и другие передовые методы электронной структуры. Q-Chem также включает в себя функции QM/MM . Версии Q-Chem 4.0 и более поздние версии поставляются с графическим пользовательским интерфейсом IQMol, который включает в себя генератор иерархических входных данных, построитель молекул и общие возможности визуализации (МО, плотности, молекулярные вибрации, пути реакции и т. д.). IQMol разработан Эндрю Гилбертом (в сотрудничестве с Q-Chem) и распространяется как бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом. IQmol написан с использованием библиотек Qt, что позволяет ему работать на различных платформах, включая OS X, Widows и Linux. Он обеспечивает интуитивно понятную среду для настройки, запуска и анализа расчетов Q-Chem. Он также может читать и отображать файлы различных форматов, включая широко доступный формат контрольной точки. Полный актуальный список функций опубликован на веб-сайте Q-Chem и в руководстве пользователя. [6]
Кроме того, Q-Chem сопряжен с WebMO и используется в качестве вычислительного механизма в Spartan или в качестве серверной части для CHARMM , GROMACS , NAMD и ChemShell. другие популярные программы визуализации, такие как Jmol и Molden Также можно использовать .
В 2018 году Q-Chem установила партнерство с BrianQC, созданным компанией StreamNovation, Ltd., новым интегральным движком, использующим вычислительную мощность графических процессоров. Плагин BrianQC ускоряет вычисления Q-Chem, используя преимущества графических процессоров в смешанных архитектурах, что очень эффективно для моделирования больших молекул и расширенных систем. BrianQC — первое программное обеспечение для квантовой химии на графическом процессоре, способное рассчитывать орбитали с высоким угловым моментом.
Методы самосогласованного поля основного состояния
[ редактировать ]- Ограниченные, неограниченные и ограниченные составы с открытой оболочкой.
- Аналитические первые и вторые производные для оптимизации геометрии, частотного анализа гармоник и молекулярной динамики ab initio.
- Эффективные алгоритмы для быстрой сходимости
- Разнообразие вариантов угадывания (в том числе МАМА)
Теория функционала плотности
[ редактировать ]- Разнообразие локальных, GGA, mGGA, гибридных, двойных гибридов, скорректированных на дисперсию функционалов, разделенных диапазонами (энергии и аналитические первые и вторые производные)
- Формулировки TDDFT и спин-флип-TDDFT (энергии, градиенты и частоты)
- Ограниченное ДПФ
Инновационные алгоритмы для повышения производительности и уменьшения масштабирования интегральных вычислений, методов HF/DFT и многих тел.
[ редактировать ]- Двойной базис
- Разрешение личности
- Разложение Холецкого интегралов отталкивания электронов
- Метод непрерывных быстрых мультиполей (CFMM)
- Быстрое численное интегрирование обменной корреляции с помощью mrXC (обменная корреляция с несколькими разрешениями)
- Линейно-масштабирующий метод ВЧ-обмена (LinK)
- Метод Кулона с преобразованием Фурье (FTC)
- COLD PRISM и двигатель J-matrix
- Арифметика смешанной точности для коррелированных методов [13]
Методы Пост-Хартри-Фока
[ редактировать ]- МП2 [14] [15] (в том числе РИ-МП2, [16] [17] [18] энергии и аналитические градиенты)
- СКС, СОС-МП2 и ОО-МП2
- ПЗС, QCISD , CCSD, OOCCD, VOOCCD
- Поправки (T), (2), (dT) и (fT)
- Методы EOM-XX-CCSD для веществ с открытой оболочкой и электронно-возбужденных веществ (XX = EE, SF, IP, EA, DIP, DEA, 2SF; энергии, свойства и градиенты для большинства методов), [10] [11] [12] включая комплексные варианты рассмотрения резонансов (состояний, метастабильных по отношению к отрыву электронов) [13]
- Расширения ДПФ и методов многих тел для обработки состояний основного уровня и связанных с ними спектроскопий. [19]
- Методы АЦП
- Методы CIS, TDDFT, CIS(D) и SOS-CIS(D) для возбужденных состояний.
- Разнообразие моделей неявного растворителя
- Инструменты анализа волновых функций на базе libwfa, разработанные Феликсом Плассером и его коллегами. [20]
Методы QM/MM и QM/EFP для расширенных систем
[ редактировать ]- Янус QM/MM Интерфейс
- Модель атома Инь-Ян без связанных атомов
- Модель ОНИОМ
- Метод EFP (включая библиотеку эффективных фрагментов, интерфейс EFP с CC/EOM, DFT/TDDFT и другие методы) [21] [22] [23] [24]
История версий
[ редактировать ]Начиная с Q-Chem 2.0, показаны только основные версии.
- Q-Chem 1.0: март 1997 г.
- Q-Chem 1.1: 1997 [25]
- Q-Chem 1.2 1998 [26]
- Q-Chem 2.0: 2000 [1]
- Q-Chem 3.0: 2006 [2]
- Q-Chem 4.0: February 2012 [27]
- Q-Chem 5.0: June 2017 [28]
- Q-Chem 5.2.2: декабрь 2019 г.
- Q-Chem 5.3.2: декабрь 2020 г.
- Q-Chem 5.4: June 2021
- Q-Chem 5.4.1: August 2021
- Q-Chem 5.4.2: декабрь 2021 г.
- Q-Чен 6.0: июль 2022 г.
- Q-Chem 6.1.0: декабрь 2022 г.
- Q-Chem 6.1.1: декабрь 2023 г.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Конг, Цзин; Уайт, Кристофер А.; Крылова Анна Ивановна; Шерилл, Дэвид; Адамсон, Росс Д.; Фурлани, Томас Р.; Ли, Майкл С.; Ли, Аарон М.; Гуолтни, Стивен Р. (2000). «Q-Chem 2.0: высокопроизводительный пакет программ для электронной структуры ab initio». Журнал вычислительной химии . 21 (16): 1532. CiteSeerX 10.1.1.318.9340 . doi : 10.1002/1096-987X(200012)21:16<1532::AID-JCC10>3.0.CO;2-W . S2CID 62253160 .
- ^ Перейти обратно: а б Шао, Ю.; Мольнар, ЛФ; Юнг, Ю.; Куссманн Дж.; Оксенфельд, К.; Браун, Северная Каролина; Гилберт, AT; Слипченко Л.В.; Левченко С.В.; О'Нил, ДП; Дистасио-младший, РА; Лочан, Колорадо; Ван, Т.; Беран, Дж.Дж.; Бесли, Северная Каролина; Герберт, Дж. М.; Лин, CY; Ван Вурхис, Т.; Чиен, SH; Содт, А.; Стил, Р.П.; Рассолов В.А.; Маслен, ЧП; Корамбат, ПП; Адамсон, РД; Остин, Б.; Бейкер, Дж.; Берд, EF; Даксел, Х.; и др. (2006). «Достижения в методах и алгоритмах в современном пакете программ по квантовой химии». Физическая химия Химическая физика . 8 (27): 3172–3191. Бибкод : 2006PCCP....8.3172S . дои : 10.1039/b517914a . ПМИД 16902710 .
- ^ Шао, Ихань; Ган, Чжэнтин; Епифановский, Евгений; Гилберт, Эндрю Т.Б.; Червь, Майкл; Куссманн, Йорг; Ланге, Адриан В.; Бен, Эндрю; Дэн, Цзя; Фэн, Синьтянь; Гош, Дебашри (17 января 2015 г.). «Достижения молекулярной квантовой химии, содержащиеся в программном пакете Q-Chem 4» . Молекулярная физика . 113 (2): 184–215. Бибкод : 2015МолФ.113..184С . дои : 10.1080/00268976.2014.952696 . ISSN 0026-8976 . S2CID 4252077 .
- ^ Епифановский, Евгений; Гилберт, Эндрю Т.Б.; Фэн, Синьтянь; Ли, Джунхо; Мао, Юэчжи; Мардироссян, Нарбе; Похилко, Павел; Уайт, Алек Ф.; Кунс, Марк П.; Демпвольф, Адриан Л.; Ган, Чжэнтин (23 августа 2021 г.). «Программное обеспечение для передовых рубежей квантовой химии: обзор разработок пакета Q-Chem 5» . Журнал химической физики . 155 (8): 084801. Бибкод : 2021JChPh.155h4801E . дои : 10.1063/5.0055522 . ISSN 0021-9606 . ПМЦ 9984241 . ПМИД 34470363 .
- ^ Янг, Дэвид С. (2001). «Приложение AA2.7 Q-Chem». Вычислительная химия: практическое руководство по применению методов для решения реальных проблем . Уайли-Интерсайенс. п. 339. дои : 10.1002/0471220655 . ISBN 978-0-471-33368-5 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час «Программное обеспечение для квантовых вычислений; молекулярное моделирование; визуализация» . www.q-chem.com . Проверено 22 января 2020 г.
- ^ Запрещено Гауссианом
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Крылова Анна Ивановна; Гилл, Питер М.В. (май 2013 г.). «Q-Chem: двигатель инноваций». Междисциплинарные обзоры Wiley: вычислительная молекулярная наука . 3 (3): 317–326. дои : 10.1002/wcms.1122 . S2CID 16713704 .
- ^ «Проект чистой энергии» . Архивировано из оригинала 3 апреля 2011 г. Проверено 10 февраля 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б А.И. Крылов (2008). «Методы связанных кластеров по уравнению движения для видов с открытой оболочкой и электронным возбуждением: Путеводитель для автостопа по пространству Фока» (PDF) . Ежегодный обзор физической химии . 59 : 433–462. Бибкод : 2008ARPC...59..433K . doi : 10.1146/annurev.physchem.59.032607.093602 . ПМИД 18173379 . S2CID 43449082 . Архивировано из оригинала (PDF) 18 февраля 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б К. Снесков; О. Кристиансен (2011). «Кластерные методы, связанные с возбужденным состоянием». Междисциплинарные обзоры Wiley: вычислительная молекулярная наука .
- ^ Перейти обратно: а б Р. Дж. Бартлетт (2012). «Теория связанных кластеров и ее расширения уравнения движения». Междисциплинарные обзоры Wiley: вычислительная молекулярная наука . 2 : 126. doi : 10.1002/wcms.76 . S2CID 122135895 .
- ^ Перейти обратно: а б Похилько, Павел; Епифановский, Евгений; Крылов, Анна Ивановна (14 августа 2018 г.). «Двойная точность не нужна для вычислений с участием многих тел: возникающая традиционная мудрость». Журнал химической теории и вычислений . 14 (8): 4088–4096. дои : 10.1021/acs.jctc.8b00321 . ISSN 1549-9618 . ПМИД 29969560 . S2CID 49679144 .
- ^ Хр. Мёллер и М.С. Плессе (октябрь 1934 г.). «Замечание об аппроксимационной обработке многоэлектронных систем» (PDF) . Физический обзор . 46 (7): 618–622. Бибкод : 1934PhRv...46..618M . дои : 10.1103/PhysRev.46.618 .
- ^ Хед-Гордон, Мартин; Попл, Джон А.; Фриш, Майкл Дж. (1988). «Оценка энергии МП2 прямыми методами». Письма по химической физике . 153 (6): 503–506. Бибкод : 1988CPL...153..503H . дои : 10.1016/0009-2614(88)85250-3 .
- ^ Мартин Фейрейсена, Джордж Фицджеральда и Эндрю Коморникиб (10 мая 1993 г.). «Масштабированные поправки на возмущения второго порядка к одиночным конфигурациям взаимодействия: эффективные и надежные методы энергии возбуждения». Письма по химической физике . 208 (5–6): 359–363. Бибкод : 1993CPL...208..359F . дои : 10.1016/0009-2614(93)87156-W .
- ^ Флориан Вейгенд и Марко Хезер (13 октября 1997 г.). «RI-MP2: первые производные и глобальная согласованность». Теоретическая химия . 97 (1–4): 331–340. дои : 10.1007/s002140050269 . S2CID 97649855 .
- ^ Роберт А. Дистазио-младший; Райан П. Стил; Ён Мин Ри; Ихан Шао и Мартин Хед-Гордон (15 апреля 2007 г.). «Улучшенный алгоритм аналитической оценки градиента в теории возмущений Мёллера-Плессе второго порядка с разрешением идентичности: применение к конформационному анализу тетрапептида аланина». Журнал вычислительной химии . 28 (5): 839–856. дои : 10.1002/jcc.20604 . ПМИД 17219361 . S2CID 8438511 .
- ^ Вебинар 36. Спектроскопия основного уровня в Q-Chem 5.2. Представлено профессором Анной Крыловой, Университет Южной Калифорнии , заархивировано из оригинала 22 декабря 2021 г. , получено 12 января 2020 г.
- ^ Плассер, Феликс; Червь, Майкл; Дрю, Андреас (14 июля 2014 г.). «Новые инструменты систематического анализа и визуализации электронных возбуждений. I. Формализм» (PDF) . Журнал химической физики . 141 (2): 024106. Бибкод : 2014JChPh.141b4106P . дои : 10.1063/1.4885819 . ISSN 0021-9606 . ПМИД 25027998 . S2CID 28303702 . Архивировано из оригинала (PDF) 5 марта 2019 г.
- ^ М. С. Гордон; М. А. Фрайтаг; П. Бандиопадхьяй; Дж. Х. Дженсен; В. Кайрис; У. Дж. Стивенс (2001). «Метод эффективного потенциала фрагментов: основанный на КМ подход ММ к моделированию воздействия на окружающую среду в химии» . Журнал физической химии А. 105 (2): 203. Бибкод : 2001JPCA..105..293G . дои : 10.1021/jp002747h .
- ^ М. С. Гордон, Л. Слипченко, Х. Ли, Дж. Дженсен (2007). «Эффективный потенциал фрагмента: общий метод прогнозирования межмолекулярных взаимодействий». В округе Колумбия Спеллмейер; Р. Уилер (ред.). Том 3 годовых отчетов по вычислительной химии . Эльзевир. стр. 177–193.
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Л.В. Слипченко (2010). «Сольватация возбужденных состояний хромофоров в поляризуемой среде: орбитальная релаксация против поляризации». Журнал физической химии А. 114 (33): 8824–30. Бибкод : 2010JPCA..114.8824S . дои : 10.1021/jp101797a . ПМИД 20504011 .
- ^ Д. Гош; Д. Косенков; В. Вановский; К. Уильямс; Дж. Герберт; М. С. Гордон; М. Шмидт; Л.В. Слипченко; А.И. Крылов (2010). «Нековалентные взаимодействия в протяженных системах, описываемые методом эффективного потенциала фрагментов: теория и применение к олигомерам азотистых оснований» . Журнал физической химии А. 114 (48): 12739–12754. Бибкод : 2010JPCA..11412739G . дои : 10.1021/jp107557p . ПМК 2997142 . ПМИД 21067134 .
- ^ Б. Дж. Джонсон; ПМВ Гилл; М. Хед-Гордон; Калифорния Уайт; Д.Р. Морис; Т. Р. Адамс; Дж. Конг; М. Чаллакомб; Э. Швеглер; М. Оуми; К. Оксенфельд; Н. Исикава; Дж. Флориан; Р.Д. Адамсон; Дж. П. Домброски; Р. Л. Грэм и А. Уоршел (1997). Q-Chem, версия 1.1 . Питтсбург: Q-Chem, Inc.
- ^ Калифорния Уайт; Дж. Конг; Д.Р. Морис; Т. Р. Адамс; Дж. Бейкер; М. Чаллакомб; Э. Швеглер; Дж. П. Домброски; К. Оксенфельд; М. Оуми; Т.Р. Фурлани; Дж. Флориан; Р.Д. Адамсон; Н. Наир; А. М. Ли; Н. Исикава; Р.Л. Грэм; А. Варшел; Б. Дж. Джонсон; ПМВ Гилл; М. Хед-Гордон (1998). Q-Chem, версия 1.2 . Питтсбург: Q-Chem, Inc.
- ^ «Новые возможности — Q-Chem 4.1» .
- ^ «Журнал выпуска — Q-Chem, программное обеспечение для квантовой химии для вычислений и визуализации» .