PQS (программное обеспечение)
Программа квантовой химии
Разработчик(и)Параллельные квантовые решения
Стабильный релиз
PQS ab initio v. 4.0
Операционная системаLinux , Microsoft Windows , Mac OS
ЛицензияКоммерческий
Веб-сайтwww.pqs-chem.com

PQS — это универсальная программа квантовой химии . Ее корни уходят в первую программу градиента ab initio, разработанную в группе профессора Питера Пулэя , но теперь она разрабатывается и распространяется на коммерческой основе компанией Parallel Quantum Solutions. Для академических пользователей и на сайте предусмотрены снижение стоимости. Ее сильными сторонами являются оптимизация геометрии, расчеты химического сдвига ЯМР и большие расчеты MP2 , а также высокая параллельная эффективность на вычислительных кластерах. Она включает в себя множество других возможностей, включая теорию функционала плотности , полуэмпирические методы, MINDO /3, MNDO , AM1 и PM3 , молекулярную механику с использованием силового поля SYBYL 5.0 , смешанный метод квантовой механики/молекулярной механики с использованием метода ONIOM , анализ естественных орбиталей связей (NBO) и модели сольватации COSMO . Недавно был разработан высокоэффективный параллельный код CCSD(T) для систем с закрытыми оболочками. Этот код включает в себя множество других методов пост-Хартри–Фока: MP2 , MP3 , MP4 , CISD , CEPA, QCISD и так далее.

История

Программа PQS была разработана Мейером [ кем? ] и Пулаем 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] Основной целью было создание новых методов ab initio. У Пулая и Мейера были немного разные интересы. [1] Пулай интересовался реализацией оптимизации геометрии градиента, аналитических производных энергии (силы) и расчетов силовой константы посредством численного дифференцирования аналитических сил, в то время как Мейер был в восторге от приближения пар связанных электронов (CEPA), расчета спиновой плотности и чрезвычайно точных методов корреляции, таких как псевдоестественное взаимодействие орбитальной конфигурации (PNO-CI). [1] В то время аналитические градиенты были ограничены волновыми функциями Хартри-Фока с замкнутой оболочкой. Однако в 1970 году им удалось сделать это для неограниченных (UHF) и ограниченных методов с открытой оболочкой (ROHF). Первая версия кода была завершена в 1969 году в Институте Макса Планка и Университете Штутгарта . Затем Мейер назвал его « MOLPRO » и использовал базисные наборы гауссовых долей. [1] В 1970-х годах в текущую версию MOLPRO было добавлено несколько передовых методов, таких как многоконфигурационное самосогласованное поле (MC-SCF) и внутренне сокращенное взаимодействие многореферентных конфигураций (MR-CI). Одновременно в 1980-х годах MOLPRO был расширен и в основном переписан Гансом-Иоахимом Вернером, Питером Ноулзом и коллегами Мейера. [1]

Тем временем, в 1976 году, Пулай посетил Боггса в Техасском университете, Остина и Шефера в Калифорнийском университете . Они написали новую программу под названием TEXAS на основе оригинальной MOLPRO и заменили гауссовы функции лепестков стандартными гауссовыми функциями. [1] TEXAS делал упор на большие молекулы, сходимость SCF, методы оптимизации геометрии и расчеты, связанные с колебательной спектроскопией. С 1982 года программа получила дальнейшее развитие в Университете Арканзаса. [1]

Основным значительным расширением стало использование нескольких новых методов электронной корреляции Саебо и программы первого порядка MC-SCF Гамильтона. Критически важным вариантом стала реализация первой практической программы калибровочно-инвариантного атомного орбитального (GIAO) ЯМР Волински, которая дополнительно включила высокоэффективный интегральный пакет. [1] Бофилл выполнил программу свободного естественного орбитально-полного активного пространства (UNO-CAS), включая аналитические градиенты; это минимальная по стоимости альтернатива MC-SCF, которая работает так же хорошо в большинстве случаев. TEXAS был первоначально распараллелен в 1995–1996 годах на кластере из 10 рабочих станций IBM RS6000. [1]

В 1996 году Бейкер присоединился к Pulay, и примерно в то же время Intel выпустила Pentium Pro , процессор для ПК, который был конкурентоспособен с рабочими станциями начального уровня и стоил примерно на порядок дешевле. Понимая возможности этого усовершенствования для вычислительной химии , была сформирована 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 Pulay, финансируемая грантом Национального научного фонда, приступила к созданию кластера Linux с использованием процессоров Pentium II 300 МГц. По счастливому стечению обстоятельств, было несколько способных и опытных аспирантов, в частности, Мадьярфалви и Ширель. [1] Кластер ПК имел полный успех и значительно превзошел кластер IBM Workstation, который был вычислительной опорой группы при небольшой сумме его расходов. [1]

Программирование PQS было продемонстрировано на коде TEXAS, и его части, в основном код NMR, были авторизованы PQS Университетом Арканзаса. [1] Большая часть кода была значительно изменена для соответствия двум пунктам: (a) наличие всех основных функций полностью параллельно; и (b) наличие возможности регулярного выполнения вычислений на обширных системах. [1] Они в первую очередь стремились к скромному уровню параллелизма (от 8 до 32 ЦП), поскольку это наиболее широко признанный размер для индивидуального или группового ресурса. Действительно, даже на очень больших кластерах обычно любому пользователю выделяется только процент доступных процессоров. [1]

Функции

Базовые возможности в высокоуровневых коррелированных энергиях 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) ; принудительную оптимизацию геометрии (используемую, среди прочего, для моделирования результатов экспериментов атомно-силовой микроскопии (АСМ)); канонические энергии UMP2 полной точности и аналитические поляризуемости и гиперполяризуемости для волновых функций HF и DFT. [2]

  • Эффективный пакет векторизованных гауссовых интегралов, позволяющий выполнять базисные функции с высоким угловым моментом и общие сжатия.
  • Симметрия абелевой точечной группы на всем протяжении; использует полную симметрию точечной группы (до Ih) для шага оптимизации геометрии и гессиана (вторая производная) CPHF.
  • Энергии и градиенты SCF для закрытой оболочки (RHF) и открытой оболочки (UHF), включая несколько начальных вариантов угадывания волновой функции. Улучшенная сходимость SCF для систем с открытой оболочкой.
  • Энергии и градиенты функционалов плотности для закрытых (RHF) и открытых (UHF) оболочек, включая все популярные обменно-корреляционные функционалы: VWN, B88, OPTX, LYP, P86, PW91, PBE, B97, HCTH, B3LYP, создайте свой собственный функционал и т. д.
  • Быстрые и точные чистые энергии и градиенты DFT для больших базисных наборов с использованием метода преобразования Фурье-Кулона (FTC).
  • Продуктивная, адаптируемая оптимизация геометрии для каждого из этих методов, включая алгоритм следования за собственным вектором (EF) для минимизации и поиска седловой точки, алгоритм GDIIS Пулэя для минимизации, использование декартовых, Z-матриц 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, кручения 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 матрицы Z — желаемые ограничения не должны быть удовлетворены в начальной геометрии.
  • Описательные вторые дочерние части для каждой из этих систем, включая расчет колебательных частот, ИК-интенсивностей и термодинамический анализ. [3]
  • Эффективные химические сдвиги ЯМР для волновых функций HF и DFT с замкнутой оболочкой.
  • Полный спектр эффективных ядерных потенциалов (ECP), как релятивистских, так и нерелятивистских, с энергиями, градиентами, аналитическими вторыми производными и ЯМР.
  • Энергии MP2 в закрытой оболочке и аналитические градиенты, а также энергии MP2 в двухбазисном режиме; числовые вторые производные MP2.
  • Потенциальное сканирование, включая сканирование + оптимизацию всех остальных степеней свободы.
  • Путь реакции (IRC) следует с использованием Z-матрицы, декартовых или декартовых координат с весовым коэффициентом.
  • Модель сольватации экранирования проводника (COSMO), включая энергии, аналитические градиенты, числовые вторые производные и ЯМР.
  • Анализ популяции, включая порядки связей и атомные валентности (со свободными валентностями для систем с открытыми оболочками); CHELP и заряды Чиословского.
  • Анализ естественного порядка связей (NBO) Вайнхолда, включая анализ естественной популяции и стерический анализ.
  • Модуль свойств с зарядом, спиновой плотностью и градиентом электрического поля в ядре.
  • Поляризуемости и производные диполя и поляризуемости; интенсивности комбинационного рассеяния.
  • Полный полуэмпирический пакет, как открытые (неограниченные), так и закрытые энергии и градиенты, включая MINDO/3, MNDO, AM1 и PM3. Для последнего все основные элементы группы до четвертой строки (кроме благородных газов), а также цинк и кадмий были параметризованы.
  • Молекулярная механика с использованием Sybyl 5.2 и силовых полей UFF.
  • QM/MM с использованием метода ONIOM.
  • Молекулярная динамика с использованием простого алгоритма Верле.
  • Ввод в стиле Pople для быстрой генерации ввода и совместимости с другими программами.
  • Генерация и отображение графического ввода
  • Все основные ab initio функции полностью параллельны (за исключением градиентов MP2, которые являются только последовательными — параллельная версия находится в разработке).
  • Рассчитайте молекулярную структуру и колебательные спектры для переходного состояния , инфракрасного (ИК), комбинационного и колебательного кругового дихроизма (VCD). [4]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghijklmno Бейкер, Джон; Волински, Кшиштоф; Малаголи, Массимо; Кингхорн, Дон; Волински, Павел; Мадьярфалви, Габор; Саебо, Свейн; Яновский, Томаш; Пулай, Питер (2008). «Квантовая химия параллельно с PQS». Журнал вычислительной химии . 30 (2): 317–335. doi :10.1002/jcc.21052. PMID  18615419. S2CID  10795179.
  2. ^ "PQS ab initio v. 4.0". Параллельные квантовые решения . Вычислительная химия под ключ.
  3. ^ ab "PQS Ab Initio Program Package" (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.
  • Параллельные квантовые решения
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=PQS_(software)&oldid=1236087024"