PQS (программное обеспечение) - PQS (software)

PQS
PQSlogo.jpg
Разработчики)Параллельные квантовые решения
Стабильный выпуск
PQS ab initio v. 4.0
Операционная системаLinux, Майкрософт Виндоус, Mac OS
ЛицензияКоммерческий
Интернет сайтwww.pqs-chem.com

PQS общего назначения квантовая химия программа. Его корни уходят в первую программу градиента ab initio, разработанную профессором Питер Пулай '', но сейчас он разрабатывается и распространяется на коммерческой основе Parallel Quantum Solutions. Снижение стоимости для академических пользователей и лицензии на сайт. Его сильные стороны - оптимизация геометрии, ЯМР расчеты химического сдвига и большие MP2 вычисления, а также высокая эффективность параллелизма на вычислительных кластерах. Он включает в себя множество других возможностей, включая Теория функций плотности, то полуэмпирический методы, MINDO /3, MNDO, AM1 и PM3, Молекулярная механика с использованием SYBYL 5.0 Силовое поле, смешанный метод квантовой механики / молекулярной механики с использованием ОНИОМ метод орбиталь естественной связи (NBO) анализ и Модели сольватации COSMO. Недавно появился высокоэффективный параллельный CCSD (T) разработан код для систем с закрытыми оболочками. Этот код включает в себя множество других методов Хартри – Фока: MP2, MP3, MP4, CISD, CEPA, QCISD и так далее.

История

Происхождение программы PQS было разработано Мейером.[ВОЗ? ] и Пулай в конце 1960-х гг. Они оба работали в Институте физики и астрофизики Макса-Планка в Мюнхене, когда начали писать новую книгу. ab initio программа.[1] Основная цель заключалась в создании новых методов ab initio. У Пулая и Мейера были несколько разные интересы.[1] Пулай был заинтересован в реализации оптимизации градиентной геометрии, аналитических производных энергии (силы) и расчетов силовых констант с помощью численного дифференцирования аналитических сил, в то время как Мейер с энтузиазмом относился к приближению пары связанных электронов (CEPA), расчету спиновой плотности и чрезвычайно точной корреляции. такие методы, как взаимодействие с псевдестественной орбитальной конфигурацией (PNO-CI).[1] В то время аналитические градиенты были ограничены волновыми функциями Хартри-Фока с замкнутой оболочкой. Однако они смогли сделать это для неограниченных (UHF) и ограниченных методов с открытой оболочкой (ROHF) в 1970 году. Первая версия кода была завершена в 1969 году в институте Макса Планка и Университете Штутгарта. Затем Мейер назвал это «MOLPRO ”И использовал базисные наборы гауссовых лепестков.[1] В 1970-х годах текущая версия MOLPRO добавлен ряд усовершенствованных методов, таких как самосогласованное поле с несколькими конфигурациями (MC-SCF) и внутреннее согласованное взаимодействие конфигурации с множеством ссылок (MR-CI). Одновременно в 1980-е гг. MOLPRO был расширен и в основном переписан Ханс-Иоахим Вернер, Питер Ноулз и сотрудники Мейера.[1]

Между тем, в 1976 году Пулай навещал Боггса в Техасский университет, Остин и Шефер на Калифорнийский университет. Они написали новую программу под названием TEXAS, основанную на оригинальном MOLPRO, и заменили функции лепестков Гаусса стандартными функциями Гаусса.[1] TEXAS уделял особое внимание большим молекулам, конвергенции SCF, методам оптимизации геометрии и расчетам, связанным с колебательной спектроскопией. С 1982 года программа получила дальнейшее развитие в Университете Арканзаса.[1]

Основным значительным расширением стало использование нескольких новых электронная корреляция методы Saebo и программу MC-SCF первого порядка Гамильтона. Важным вариантом была реализация первой практической калибровочно-инвариантной программы атомно-орбитального ЯМР (GIAO) Волински, которая дополнительно включала высокоэффективный интегральный пакет.[1] Бофилл выполнил программу беспрепятственного естественного орбитального полного активного космоса (UNO-CAS), включая аналитические градиенты; это недорогая 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 Pulay, и примерно в то же время Intel выпустила Pentium Pro, процессор для ПК, который был конкурентоспособен с рабочими станциями начального уровня и был на порядок дешевле. Понимая возможности этого усовершенствования для вычислительной химии, был сформирован PQS, и в июле 1997 года была подана заявка на грант SBIR для коммерческого развития кластеров ПК для параллельных ab initio вычислений.[1] Тем временем группа Pulay, финансируемая за счет гранта Национального научного фонда, приступила к созданию кластера Linux с использованием процессоров Pentium II 300 МГц. Благодаря удачному стечению обстоятельств, было доступно несколько способных и хорошо разбирающихся в ПК аспирантов, в частности Мадьярфалви и Ширел.[1] Кластер ПК имел полный успех и значительно превзошел 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 ЯМР, были разрешены PQS из Университета Арканзаса.[1] Большая часть кода была сильно изменена, чтобы соответствовать двум точкам: (а) полная параллельность всех основных функций; и (б) способность регулярно выполнять вычисления в обширных системах.[1] Они были ориентированы в первую очередь на умеренный уровень параллелизма (от 8 до 32 процессоров), поскольку это наиболее широко признанный размер для отдельного или группового ресурса. В самом деле, даже в очень больших кластерах для любого данного пользователя нормально выделять только процент от доступных процессоров.[1]

Функции

Основные возможности высокоуровневых коррелированных энергий для PQS ab initio v. 4.0 включают: MP3, MP4, CID, CISD, CEPA-0, CEPA-2, QCISD, QCISD (T), CCD, CCSD и CCSD (T) волновые функции; принудительная оптимизация геометрии (используется, среди прочего, для моделирования результатов экспериментов по атомно-силовой микроскопии (АСМ)); канонические энергии UMP2 с полной точностью, аналитические поляризуемости и гиперполяризуемости для волновых функций HF и DFT.[2]

  • Эффективный пакет векторных гауссовских интегралов, допускающий базисные функции с большим угловым моментом и общие сжатия.
  • Абелева точечная групповая симметрия во всем; использует полную точечную групповую симметрию (до Ih) на этапе оптимизации геометрии и гессиан (2-я производная) CPHF.
  • Энергии и градиенты СКФ с закрытой (RHF) и открытой (UHF) оболочкой, включая несколько вариантов начального предположения волновой функции. Улучшена сходимость SCF для систем с открытой оболочкой.
  • Функциональные энергии и градиенты плотности с закрытой (RHF) и открытой (UHF) плотностью, включая все популярные обменно-корреляционные функционалы: VWN, B88, OPTX, LYP, P86, PW91, PBE, B97, HCTH, B3LYP, составьте свой собственный функциональный и т. д.
  • Быстрые и точные чистые энергии и градиенты DFT для больших базисных наборов с использованием метода кулоновского преобразования Фурье (FTC).
  • Производительная адаптируемая оптимизация геометрии для каждого из этих методов, включая алгоритм следования собственному вектору (EF) для минимизации и поиска седловой точки, алгоритм Пулая GDIIS для минимизации, использование декартовых координат, Z-матрицы и делокализованных внутренних координат. Включает новые координаты для эффективной оптимизации молекулярных кластеров и адсорбции / реакции на модельных поверхностях.[3]
  • Полный набор 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 Z-матрицы - желаемые ограничения не должны удовлетворяться в начальной геометрии.
  • Дополнительные вспомогательные службы для каждой из этих систем, включая расчет частот колебаний, интенсивности ИК-излучения и термодинамический анализ.[3]
  • Эффективные химические сдвиги ЯМР для волновых функций HF и DFT с закрытой оболочкой.
  • Полный спектр эффективных основных потенциалов (ECP), как релятивистских, так и нерелятивистских, с энергиями, градиентами, аналитическими вторыми производными и ЯМР.
  • Энергии MP2 с замкнутой оболочкой и аналитические градиенты и энергии MP2 с двойным базисом; числовые вторые производные MP2.
  • Возможное сканирование, включая сканирование + оптимизация всех остальных степеней свободы.
  • Путь реакции (IRC) с использованием либо Z-матрицы, либо декартовых координат, либо декартовых координат, взвешенных по массе.
  • Сольватационная модель проводникового экрана (COSMO), включая энергии, аналитические градиенты, числовые вторые производные и ЯМР.
  • Популяционный анализ, включая порядки облигаций и атомные валентности (со свободными валентностями для систем с открытой оболочкой); ЧЕЛП и обвинения Чословского.
  • Анализ порядка естественных облигаций (NBO) Вайнхольда, включая анализ естественной популяции и стерический анализ.
  • Модуль свойств с зарядом, спиновой плотностью и градиентом электрического поля на ядре.
  • Поляризуемости и производные дипольной и поляризуемости; Рамановские интенсивности.
  • Полный полуэмпирический пакет, как открытых (неограниченных), так и закрытых энергий и градиентов, 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 Sybyl 5.2 и UFF.
  • QM / MM с использованием метода ONIOM.
  • Молекулярная динамика с использованием простого алгоритма Верле.
  • Ввод в народном стиле для быстрого создания ввода и совместимости с другими программами.
  • Создание и отображение графического ввода
  • Все основные функции ab initio полностью параллельны (за исключением 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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о Бейкер, Джон; Волински, Кшиштоф; Малаголи, Массимо; Кингхорн, Дон; Волинский, 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. PMID  18615419. S2CID  10795179.
  2. ^ "PQS ab initio v. 4.0". Параллельные квантовые решения. Вычислительная химия под ключ.
  3. ^ а б «Программный пакет PQS Ab Initio» (PDF). Параллельное квантовое решение.
  4. ^ Лещинский, Ежи; Качмарек-Кендзьера, Анна; Г. Пападопулос, Мантос; Рейс, Хериберт; J. Sadlej, Andrzej; К. Шукла, Манодж (13.01.2012). Справочник по вычислительной химии (Изд. 2012 г.). Springer. ISBN  9789400707115.

внешняя ссылка