Q-Chem - Википедия - Q-Chem

Q-Chem
Q-Chem logo.png
Разработчики)Q-Chem Inc., сообщество разработчиков Q-Chem
Стабильный выпуск
5.2.2 / декабрь 2019 г.; 1 год назад (2019-12)
Написано вФортран, C, C ++
Операционная системаLinux, FreeBSD, Unix и подобно операционные системы, Майкрософт Виндоус, Mac OS X
ТипAb initio квантовая химия, Функциональная теория плотности, QM / MM, AIMD, Вычислительная химия
ЛицензияКоммерческий, академический
Интернет сайтwww.q-chem.com

Q-Chem пакет электронной структуры общего назначения[1][2] с множеством установленных и новых методов, реализованных с использованием инновационных алгоритмов, которые позволяют проводить быстрые вычисления больших систем на различных компьютерных архитектурах, от ноутбуков и обычных лабораторных рабочих станций до кластеров среднего размера и HPCC, используя функционал плотности и подходы, основанные на волновых функциях. Он предлагает интегрированный графический интерфейс и генератор ввода; большой выбор функционалов и методов корреляции, включая методы для электронно-возбужденных состояний и систем с открытыми оболочками; модели сольватации; и инструменты анализа волновых функций. Помимо обслуживания вычислительная химия[3] сообщества Q-Chem также предоставляет универсальную платформу для разработки кода.

История

Программное обеспечение Q-Chem поддерживается и распространяется Q-Chem, Inc.,[4] расположен в Плезантоне, Калифорния, США. Он был основан в 1993 году в результате разногласий внутри Гауссовский компания, которая привела к уходу (и последующему «бану») Джон Попл и ряд его учеников и постдоков (см. Споры о гауссовской лицензии[5]).[4][6]

Первые строки кода Q-Chem были написаны Питером Гиллом, в то время постдоком Люди во время зимних каникул (декабрь 1992 г.) в Австралии. Вскоре к Гиллу присоединился Бенни Джонсон ( Люди аспирант) и Карлос Гонсалес (еще один Люди postdoc), но вскоре после этого он покинул компанию. В середине 1993 г. Мартин Хед-Гордон, ранее Люди студент, но в то время на Беркли срок пребывания в должности, присоединился к растущей команде академических разработчиков.[4][6]

Открытка, рекламирующая выпуск Q-Chem 1.0.

При подготовке к первому коммерческому выпуску компания наняла Юджина Флейшманна в качестве директора по маркетингу и получила URL-адрес www.q-chem.com в январе 1997 года. Первый коммерческий продукт, Q-Chem 1.0, был выпущен в марте 1997 года. Рекламные открытки отмечали выпуск гордым заголовком: «Проблемы, которые когда-то были невозможными, теперь стали обычным делом»; однако у версии 1.0 было много недостатков, и один остроумие однажды заметил, что слова «невозможно» и «стандартно», вероятно, следует поменять местами![6] Однако интенсивная разработка кода продолжалась, и к следующему году Q-Chem 1.1 смог предложить большую часть базовых квантовая химия функциональность, а также растущий список функций (метод непрерывных быстрых мультиполей, механизм J-матрицы, COLD PRISM для интегралов и G96 функционал плотности, например), которые не были доступны ни в одном другом пакете.[4][6]

После неудачи, когда ушел Джонсон, компания стала более децентрализованной, установив и развивая отношения с постоянно растущим кругом исследовательских групп в университетах по всему миру. В 1998 г. Фриц Шефер принял приглашение войти в совет директоров, и в начале 1999 г., как только его соглашение об отказе от конкуренции с Гауссовский истек, Джон Попл присоединился как директор, так и разработчик кода.[4][6]

В 2000 году Q-Chem начала сотрудничество с Wavefunction Inc., что привело к включению Q-Chem в качестве ab initio двигатель во всех последующих версиях пакета Spartan. Совет Q-Chem был расширен в марте 2003 года за счет добавления Анна Крылова и Цзин Конг. В 2012 году Джон Герберт вошел в состав Совета директоров и Фриц Шефер стал Почетным Членом. В 2018 году Евгений Епифановский был назначен операционным директором. В следующем году в Совет вошла Ширин Фараджи; Питер Гилл, который был президентом Q-Chem с 1988 года, ушел в отставку; и Анна Крылова стал новым президентом. В действующий совет директоров в настоящее время входят Фараджи, Гилл (бывший президент), Герберт, Крылов (Президент) и Хилари Попл (Джона дочь). Мартин Хед-Гордон остается научным советником Совета.[4][6]

В настоящее время используются тысячи лицензий Q-Chem, и база пользователей Q-Chem расширяется, о чем свидетельствуют записи цитирования для версий 2.0, 3.0 и 4.0, которые в 2016 году достигли 400 в год (см. Рисунок 2).[6]

Рис. 2. Ссылки на Q-Chem: с 2001 по 2019 гг.

В составе IBM Сетка мирового сообщества, Гарвардский университет ежедневно выполняет около 350 000 расчетов Q-Chem. Проект чистой энергии,[7] который работает на Q-Chem.

Рисунок 3. Статистика активности разработчиков Q-Chem с 2006 г. Верхняя диаграмма: общее количество коммитов кода (высота столбцов) и количество разработчиков, внесших вклад (цвет столбца) по месяцам. Нижний график: рост базы разработчиков с указанием существующих и новых разработчиков каждый месяц. Наблюдается стабильный рост базы разработчиков. На вставке показано общее количество коммитов 50 наиболее продуктивными разработчиками с указанием вклада штатной команды (> 2000 коммитов), основной группы разработчиков (500–2000 коммитов) и неосновных разработчиков (<500 коммитов). .

Инновационные алгоритмы и новые подходы к электронной структуре сделали возможным передовые научные открытия. Этот переход от внутреннего кода к основному механизму электронной структуры стал возможным благодаря вкладам многочисленных научных сотрудников; бизнес-модель Q-Chem поощряет широкое участие разработчиков. Q-Chem определяет свой жанр как open-teamware:[6] его исходный код открыт для большой группы разработчиков. Кроме того, некоторые модули Q-Chem распространяются с открытым исходным кодом.[6] С 1992 года разработке кода было посвящено более 400 мужских (и женских) лет. Q-Chem 5.2.2, выпущенный в декабре 2019 года, состоит из 7,5 миллионов строк кода, который включает вклад более 300 активных разработчиков (текущая оценка - 312).[4][6] См. Рисунок 3.

Функции

Q-Chem может выполнять ряд общих вычислений квантовой химии, таких как Хартри – Фок, теория функционала плотности (DFT), включая зависящее от времени DFT (TDDFT ), Теория возмущений Меллера – Плессе. (MP2), связанный кластер (CC), связанный кластер по уравнению движения (EOM-CC),[8][9][10] конфигурационное взаимодействие (CI), построение алгебраических диаграмм (ADC) и другие передовые методы электронной структуры. Q-Chem также включает QM / MM функциональность. Q-Chem 4.0 и более поздние версии поставляются с графическим пользовательским интерфейсом, IQMol, который включает в себя иерархический входной генератор, молекулярный конструктор и общие возможности визуализации (МО, плотности, молекулярные колебания, пути реакций 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 предоставляет интуитивно понятную среду для настройки, выполнения и анализа вычислений Q-Chem. Он также может читать и отображать различные форматы файлов, включая широко доступный формат контрольных точек. Полный актуальный список функций опубликован на веб-сайте Q-Chem и в руководстве пользователя.[4]

Кроме того, Q-Chem взаимодействует с WebMO и используется в качестве вычислительного механизма в Спартанский, или как серверную часть для Очарование, GROMACS и ChemShell. Другие популярные программы визуализации, такие как Jmol и Molden также можно использовать.

В 2018 году Q-Chem установила партнерские отношения с BrianQC, произведено StreamNovation, Ltd., новый интегрированный движок, использующий вычислительную мощность графических процессоров. Подключаемый модуль BrianQC ускоряет вычисления Q-Chem за счет использования графических процессоров на смешанных архитектурах, что очень эффективно для моделирования больших молекул и расширенных систем. BrianQC - первое программное обеспечение для квантовой химии на графическом процессоре, способное вычислять орбитали с высоким угловым моментом.

Основное состояние самосогласованных методов поля

  • Ограниченные, неограниченные и ограниченные составы с открытой оболочкой
  • Аналитические первая и вторая производные для оптимизации геометрии, частотного анализа гармоник и молекулярной динамики ab initio
  • Эффективные алгоритмы для быстрой сходимости
  • Разнообразие вариантов угадывания (включая MOM)

Функциональная теория плотности

  • Разнообразие локальных, GGA, mGGA, гибридных, двугибридных, скорректированных по дисперсии функционалов с разделением по диапазонам (энергии и аналитические первая и вторая производные)
  • Формулировки TDDFT и spin-flip-TDDFT (энергии и градиенты)
  • Ограниченное ДПФ

Инновационные алгоритмы для повышения производительности и уменьшения масштабирования интегральных вычислений, HF / DFT и методов многих тел

  • Двойная основа
  • Разрешение личности
  • Разложение Холецкого интегралов электронного отталкивания
  • Непрерывный быстрый многополюсный метод (CFMM)
  • Быстрая численная интеграция обменной корреляции с mrXC (обмен-корреляция с множественным разрешением)
  • Метод ВЧ-обмена с линейным масштабированием (LinK)
  • Метод кулоновского преобразования Фурье (FTC)
  • ХОЛОДНАЯ ПРИЗМА и J-матричный двигатель
  • Арифметика смешанной точности для коррелированных методов[11]

Пост-Хартри – Фока методы

  • MP2[12][13] (в том числе РИ-МП2,[14][15][16] энергии и аналитические градиенты)
  • SCS и SOS MP2
  • ПЗС, QCISD, CCSD, OOCCD, VOOCCD
  • (T), (2), (dT) и (fT) поправки
  • EOM-XX-CCSD методы для частиц с открытой оболочкой и электронно-возбужденных частиц (XX = EE, SF, IP, EA, DIP, DEA, 2SF; энергии, свойства и градиенты для большинства методов),[8][9][10] включая комплексные варианты рассмотрения резонансов (состояний, метастабильных по отрыву электрона)[11]
  • Расширения DFT и методов многих тел для обработки состояний на уровне ядра и связанных с ними спектроскопий[17]
  • Методы АЦП
  • Методы CIS, TDDFT, CIS (D) и SOS-CIS (D) для возбужденных состояний
  • Разнообразие неявных моделей растворителей
  • Инструменты анализа волновых функций на основе libwfa, разработанные Феликсом Плассером и его сотрудниками.[18]

Методы QM / MM и QM / EFP для расширенных систем

  • Янус QM / MM интерфейс
  • Модель атома Инь-Ян без связанных атомов
  • Модель ONIOM
  • EFP метод (включая библиотеку эффективных фрагментов, интерфейс EFP с CC / EOM, DFT / TDDFT и другими методами)[19][20][21][22]

История версий

Начиная с Q-Chem 2.0 показаны только основные версии.

  • Q-Chem 1.0: март 1997 г.
  • Q-Chem 1.1: 1997[23]
  • Q-Chem 1.2 1998 г.[24]
  • Q-Chem 2.0: 2000[1]
  • Q-Chem 3.0: 2006[2]
  • Q-Chem 4.0: февраль 2012 г.[25]
  • Q-Chem 5.0: июнь 2017 г.[26]
  • Q-Chem 5.2.2: декабрь 2019 г.

Средства массовой информации

Программное обеспечение представлено в серии веб-семинаров и расширенных руководств на собственном канале YouTube: QChemSoftware.

Краткое введение в Q-Chem (https://www.youtube.com/watch?v=vksM8pUYdlI )

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Конг, Цзин; Уайт, Кристофер А .; Крылов, Анна I .; Шерилл, Дэвид; Адамсон, Росс Д.; Furlani, Thomas R .; Ли, Майкл С .; Ли, Аарон М .; Гвалтни, Стивен Р. (2000). «Q-Chem 2.0: высокоэффективный программный пакет ab initio для электронной структуры». Журнал вычислительной химии. 21 (16): 1532. CiteSeerX  10.1.1.318.9340. Дои:10.1002 / 1096-987X (200012) 21:16 <1532 :: AID-JCC10> 3.0.CO; 2-W.
  2. ^ а б Shao, Y .; Молнар, Л. Ф .; Jung, Y .; Kussmann, J .; Ochsenfeld, C .; Браун, С. Т .; Гилберт, А. Т .; Слипченко, Л. В .; Левченко, С. В .; О'Нил, Д. П .; Distasio Jr, R.A .; Lochan, R.C .; Wang, T .; Beran, G.J .; Besley, N.A .; Herbert, J.M .; Lin, C. Y .; Van Voorhis, T .; Chien, S. H .; Sodt, A .; Steele, R.P .; Рассолов, В. А .; Maslen, P.E .; Korambath, P.P .; Adamson, R.D .; Austin, B .; Baker, J .; Берд, Э. Ф .; Dachsel, H .; и другие. (2006). «Достижения методов и алгоритмов в программном комплексе современной квантовой химии». Физическая химия Химическая физика. 8 (27): 3172–3191. Bibcode:2006PCCP .... 8.3172S. Дои:10.1039 / b517914a. PMID  16902710.
  3. ^ Янг, Дэвид С. (2001). «Приложение A. A.2.7 Q-Chem». Вычислительная химия: практическое руководство по применению методов решения реальных проблем. Wiley-Interscience. п. 339. Дои:10.1002/0471220655. ISBN  978-0-471-33368-5.
  4. ^ а б c d е ж грамм час «Программное обеспечение для квантовых вычислений; молекулярное моделирование; визуализация». www.q-chem.com. Получено 2020-01-22.
  5. ^ Запрещено Gaussian
  6. ^ а б c d е ж грамм час я j Крылов, Анна I .; 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.
  7. ^ «Проект чистой энергии». Архивировано из оригинал на 2011-04-03. Получено 2012-02-10.
  8. ^ а б А.И. Крылова (2008). «Методы связанных кластеров на основе уравнения движения для частиц с открытой оболочкой и электронно-возбужденных частиц: автостопом по пространству Фока» (PDF). Ежегодный обзор физической химии. 59: 433–462. Bibcode:2008ARPC ... 59..433K. Дои:10.1146 / annurev.physchem.59.032607.093602. PMID  18173379.
  9. ^ а б К. Снесков; О. Кристиансен (2011). «Кластерные методы с возбужденным состоянием». Междисциплинарные обзоры Wiley: вычислительная молекулярная наука.
  10. ^ а б Р.Дж. Бартлетт (2012). "Теория связанных кластеров и ее расширения уравнения движения". Междисциплинарные обзоры Wiley: вычислительная молекулярная наука. 2: 126. Дои:10.1002 / wcms.76.
  11. ^ а б Похилко, Павел; Епифановский, Евгений; Крылова, Анна Ивановна (2018-08-14). «Двойная точность не требуется для вычислений для многих тел: зарождающаяся традиционная мудрость». Журнал химической теории и вычислений. 14 (8): 4088–4096. Дои:10.1021 / acs.jctc.8b00321. ISSN  1549-9618. PMID  29969560.
  12. ^ Chr. Мёллер и М. С. Плессет (октябрь 1934 г.). «Примечание к приближенной трактовке многоэлектронных систем» (PDF). Физический обзор. 46 (7): 618–622. Bibcode:1934ПхРв ... 46..618М. Дои:10.1103 / PhysRev.46.618.
  13. ^ Хед-Гордон, Мартин; Pople, John A .; Фриш, Майкл Дж. (1988). «Энергетическая оценка MP2 прямыми методами». Письма по химической физике. 153 (6): 503–506. Bibcode:1988CPL ... 153..503H. Дои:10.1016/0009-2614(88)85250-3.
  14. ^ Мартин Фейерейзена, Джордж Фицджеральда и Эндрю Коморникиб (10 мая 1993 г.). "Масштабированные поправки к возмущениям второго порядка для одиночных конфигураций взаимодействия: эффективные и надежные методы энергии возбуждения". Письма по химической физике. 208 (5–6): 359–363. Bibcode:1993CPL ... 208..359F. Дои:10.1016 / 0009-2614 (93) 87156-В.
  15. ^ Флориан Вейгенд и Марко Хэзер (13 октября 1997 г.). «РИ-МП2: первые производные и глобальная согласованность». Счета теоретической химии. 97 (1–4): 331–340. Дои:10.1007 / s002140050269.
  16. ^ Роберт А. Дистасио младший; Райан П. Стил; Ён Мин Ри; Ихан Шао и Мартин Хед-Гордон (15 апреля 2007 г.). «Улучшенный алгоритм для аналитической оценки градиента в теории возмущений второго порядка Меллера-Плессета с разрешением идентичности: применение к конформационному анализу тетрапептида аланина». Журнал вычислительной химии. 28 (5): 839–856. Дои:10.1002 / jcc.20604. PMID  17219361.
  17. ^ Вебинар 36 - Спектроскопия на уровне ядра в Q-Chem 5.2 - Презентация проф. Анны Крыловой, USC, получено 2020-01-12
  18. ^ Плассер, Феликс; Wormit, Майкл; Дреув, Андреас (14.07.2014). «Новые инструменты для систематического анализа и визуализации электронных возбуждений. I. Формализм» (PDF). Журнал химической физики. 141 (2): 024106. Дои:10.1063/1.4885819. ISSN  0021-9606. PMID  25027998.
  19. ^ РС. Гордон; M.A. Freitag; П. Bandyopadhyay; J.H. Дженсен; В. Кайрис; У. Дж. Стивенс (2001). «Эффективный метод потенциального фрагмента: подход ММ на основе QM к моделированию воздействия на окружающую среду в химии». Журнал физической химии А. 105 (2): 203. Bibcode:2001JPCA..105..293G. Дои:10.1021 / jp002747h.
  20. ^ РС. Гордон, Л. Слипченко, Х. Ли, Дж. Х. Дженсен (2007). «Эффективный потенциал фрагмента: общий метод прогнозирования межмолекулярных взаимодействий». В округе Колумбия Спеллмейер; Р. Уиллер (ред.). Том 3 годовых отчетов по вычислительной химии. Эльзевир. С. 177–193.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  21. ^ Л.В. Слипченко (2010). «Сольватация возбужденных состояний хромофоров в поляризуемой среде: орбитальная релаксация в зависимости от поляризации». Журнал физической химии А. 114 (33): 8824–30. Bibcode:2010JPCA..114.8824S. Дои:10.1021 / jp101797a. PMID  20504011.
  22. ^ Д. Гош; Д. Косенков; В. Вановский; К. Уильямс; Дж. Герберт; РС. Гордон; М. Шмидт; Л.В. Слипченко; А.И. Крылова (2010). «Нековалентные взаимодействия в расширенных системах, описываемые методом эффективного фрагментарного потенциала: теория и приложение к олигомерам азотистых оснований». Журнал физической химии А. 114 (48): 12739–12754. Bibcode:2010JPCA..11412739G. Дои:10.1021 / jp107557p. ЧВК  2997142. PMID  21067134.
  23. ^ Б.Г. Джонсон; P.M.W. Гилл; М. Хед-Гордон; C.A. Белый; D.R. Морис; T.R. 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.Варшел (1997). Q-Chem, версия 1.1. Питтсбург: Q-Chem, Inc.
  24. ^ C.A. Белый; Дж. Конг; D.R. Морис; T.R. Адамс; Дж. Бейкер; М. Чаллакомб; Э. Швеглер; Дж. П. Домброски; К. Оксенфельд; М. Оуми; T.R. Фурлани; Дж. Флориан; Р. Д. Адамсон; Н. Наир; ЯВЛЯЮСЬ. Ли; Н. Исикава; Р.Л. Грэм; А. Варшел; Б.Г. Джонсон; P.M.W. Гилл; М. Хед-Гордон (1998). Q-Chem, версия 1.2. Питтсбург: Q-Chem, Inc.
  25. ^ «Новые возможности - Q-Chem 4.1».
  26. ^ «Журнал релизов - Q-Chem, программное обеспечение для вычислений и визуализации квантовой химии».

внешняя ссылка