PQS（ソフトウェア）
PQS
開発者並列量子ソリューション
安定版リリース
PQS アブイニシオ v. 4.0
オペレーティング·システムLinux、Microsoft Windows、Mac OS
ライセンスコマーシャル
Webサイトwww.pqs-chem.com​​

PQSは汎用量子化学プログラムです。そのルーツは、 Peter Pulay教授のグループで開発された最初のab initio勾配プログラムに遡りますが、現在はParallel Quantum Solutionsによって開発され、商用配布されています。学術ユーザー向けにはコストの削減とサイトライセンスがあります。その強みは、構造最適化、NMR化学シフト計算、大規模MP2計算、コンピューティングクラスターにおける高い並列効率です。密度汎関数理論、半経験的手法、MINDO /3、MNDO 、 AM1、PM3 、SYBYL 5.0力場を使用した分子力学、 ONIOM法を使用した量子力学/分子力学混合法、自然結合軌道（NBO）解析、COSMO溶媒和モデルなど、他の多くの機能も含まれています。最近、閉殻システム用の非常に効率的な並列CCSD(T)コードが開発されました。このコードには、 MP2、MP3、MP4、CISD、CEPA、QCISDなど、 他の多くのポスト Hartree–Fock 法も含まれています。

歴史

PQSプログラムの起源は、1960年代後半にMeyerとPulayによって開発されました。2人はミュンヘンのマックス・プランク物理学・天体物理学研究所に在籍していたときに、新しいab initioプログラムを書き始めました。[ 1 ]その主な目的は、新しいab initio手法を確立することでした。PulayとMeyerの関心は少し異なっていました。[ 1 ] Pulayは、解析的力の数値微分による勾配構造最適化、解析的エネルギー導関数（力）、および力の定数計算の実装に興味を持っていましたが、Meyerは結合電子対近似（CEPA）、スピン密度計算、擬似自然軌道配置相互作用（PNO-CI）などの非常に正確な相関法に熱中していました。[ 1 ]当時、解析的勾配は閉殻ハートリー・フォック波動関数に限られていました。しかし、彼らは1970年に非制限（UHF）法と制限開殻（ROHF）法でそれを行うことができました。コードの最初のバージョンは1969年にマックス・プランク研究所とシュトゥットガルト大学で完成しました。その後、マイヤーはそれを「MOLPRO」と名付け、ガウスローブ基底関数を使用しました。[ 1 ] 1970年代には、 MOLPROの現在のバージョンに、多配置自己無撞着場（MC-SCF）や内部縮退多参照配置相互作用（MR-CI）などの高度な方法がいくつか追加されました。同時に、1980年代には、MOLPROはハンス・ヨアヒム・ヴェルナー、ピーター・ノウルズ、およびマイヤーの同僚によって拡張され、大部分が書き直されました。 [ 1 ]

一方、1976年、ピューレイはテキサス大学オースティン校のボッグスとカリフォルニア大学の シェーファーを訪ねていた。彼らはオリジナルのMOLPROをベースに、ガウスローブ関数を標準的なガウス関数に置き換えたTEXASという新しいプログラムを開発し、これを改良した。[ 1 ] TEXASは巨大分子、SCF収束、構造最適化技術、振動分光法関連の計算に重点を置いていた。1982年以降、このプログラムはアーカンソー大学でさらに開発が進められた。[ 1 ]

主要な重要な拡張は、Saeboによるいくつかの新しい電子相関法とHamiltonによる一次MC-SCFプログラムの導入であった。重要な変更点は、Wolinskiによる最初の実用的なゲージ不変原子軌道（GIAO）NMRプログラムの実装であり、これはさらに高性能な積分パッケージも組み込んでいた。[ 1 ] Bofillは、解析的勾配を含む非拘束自然軌道完全活性空間（UNO-CAS）プログラムを実行した。これはMC-SCFの低コストな代替手段であり、多くの場合MC-SCFと同様に機能する。TEXASは、1995年から1996年にかけて、10台のIBM RS6000ワークステーションからなるクラスター上で初めて並列化された。[ 1 ]

1996年、ベイカーはPulayに加わり、ほぼ同時期にインテルはPentium Proを発売した。これはPC用のプロセッサで、ローエンドのワークステーションと競合でき、約1桁も安価であった。この改良が計算化学にもたらす可能性を理解したPQSが設立され、並列ab initio計算用PCクラスタの商用開発のため、1997年7月にSBIR助成金申請書を提出した。[ 1 ]その間に、全米科学財団の助成金を受けたPulayグループは、300MHzのPentium IIプロセッサを使用してLinuxクラスタの構築に着手した。幸運なことに、MagyarfalviとShirelという有能でPCに精通した大学院生が数人いた。[ 1 ]このPCクラスタは大成功を収め、グループの計算の主力であったIBMワークステーションクラスタを、わずかな費用で大幅に上回る性能を発揮した。[ 1 ]

PQSプログラミングはTEXASコード上で実証され、その一部、主にNMRコードはアーカンソー大学からPQSに認可されました。[ 1 ]コードの多くは、(a) すべての主要機能を完全に並列化すること、(b) 大規模なシステムで日常的に計算を実行できる能力を持つことという2つの要件を満たすように大幅に変更されました。[ 1 ]彼らは主に、個人またはグループのリソースとして最も広く認識されているサイズである、適度なレベルの並列性（8～32個のCPU）を目指しました。実際、非常に大規模なクラスターであっても、特定のユーザーに利用可能なプロセッサのほんの一部しか割り当てられないのは普通です。[ 1 ]

特徴

PQS ab initio v. 4.0の高レベル相関エネルギーの基本機能には、MP3、MP4、CID、CISD、CEPA-0、CEPA-2、QCISD、QCISD(T)、CCD、CCSD、CCSD(T)波動関数、強制ジオメトリ最適化（とりわけ、原子間力顕微鏡（AFM）実験の結果をシミュレートするために使用される）、完全精度の標準UMP2エネルギー、HFおよびDFT波動関数の解析分極率と超分極率が含まれます。[ 2 ]

  • 高角運動量基底関数と一般的な収縮を可能にする効率的なベクトル化ガウス積分パッケージ。
  • 全体にわたってアーベル点群対称性。ジオメトリ最適化ステップとヘッセ行列 (2 次導関数) CPHF に完全な点群対称性 (最大 Ih) を利用します。
  • 閉殻（RHF）および開殻（UHF）SCFエネルギーと勾配（初期波動関数推定オプションを含む）の計算。開殻系におけるSCF収束性の改善。
  • 閉殻 (RHF) および開殻 (UHF) の密度汎関数エネルギーと勾配。これには、すべての一般的な交換相関汎関数 (VWN、B88、OPTX、LYP、P86、PW91、PBE、B97、HCTH、B3LYP) が含まれます。独自の汎関数などを作成することもできます。
  • フーリエ変換クーロン (FTC) 法を使用した、大規模な基底セットの高速かつ正確な純粋な DFT エネルギーと勾配。
  • これらの手法すべてにおいて、生産性が高く適応性の高い構造最適化が行えます。これには、最小化と鞍点探索のためのEigenvector Following (EF)アルゴリズム、最小化のためのPulayのGDIISアルゴリズム、直交座標、Z行列、非局在化内部座標の使用が含まれます。分子クラスターやモデル表面への吸着／反応の効率的な最適化のための新しい座標も含まれています。[ 3 ]
  • 分子内の任意の原子と固定原子間の固定距離、平面的な屈曲、ねじれ、面外の屈曲など、幅広い幾何学的制約が適用されます。制約に関係する原子は、形式的に結合している必要はなく、Z行列とは異なり、開始ジオメトリにおいて必要な制約を満たす必要もありません。
  • これらのシステムそれぞれについて、振動周波数、IR強度、熱力学分析の計算を含む解説的な二次補助関数。[ 3 ]
  • 閉殻 HF および DFT 波動関数の効率的な NMR 化学シフト。
  • エネルギー、勾配、解析的二次導関数、NMR を含む、相対論的および非相対論的の有効コアポテンシャル (ECP) の完全な範囲。
  • 閉殻 MP2 エネルギーと解析的勾配および二重基底 MP2 エネルギー、数値 MP2 2 次導関数。
  • 他のすべての自由度のスキャン + 最適化を含む潜在的なスキャン。
  • Z マトリックス、デカルト座標、または質量加重デカルト座標のいずれかを使用した反応経路 (IRC)。
  • エネルギー、解析勾配、数値二次導関数、NMR を含む導体のようなスクリーニング溶媒和モデル (COSMO)。
  • 結合順序と原子価（開殻システムの自由原子価を含む）を含む人口解析、CHELP および Cioslowski 電荷。
  • 自然集団および立体解析を含む、Weinhold の自然結合順序 (NBO) 解析。
  • 核における電荷、スピン密度、電場勾配を含むプロパティ モジュール。
  • 分極率および双極子導関数と分極率導関数、ラマン強度。
  • MINDO/3、MNDO、AM1、PM3を含む、開殻（非制限）および閉殻のエネルギーと勾配に関する完全な半経験的パッケージ。PM3については、第4周期までのすべての主族元素（希ガスを除く）と亜鉛、カドミウムがパラメータ化されています。
  • Sybyl 5.2 と UFF 力場を使用した分子力学。
  • ONIOM 法を使用した QM/MM。
  • シンプルな Verlet アルゴリズムを使用した分子動力学。
  • Pople スタイルの入力により、入力を素早く生成し、他のプログラムと互換性を持ちます。
  • グラフィカル入力の生成と表示
  • すべての主要な ab initio 機能は完全に並列です (シリアルのみの MP2 グラジエントを除く - 並列バージョンは開発中)。
  • 遷移状態、赤外線（IR）、ラマン、振動円二色性（VCD）の分子構造と振動スペクトルを計算します。 [ 4 ]

参照

参考文献

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n o Baker , Jon; Wolinski, Krzysztof; Malagoli, Massimo; Kinghorn, Don; Wolinski, Pawel; Magyarfalvi, Gábor; Saebo, Svein; Janowski, Tomasz; Pulay, Peter (2008). 「PQSを用いた量子化学の並列化」. Journal of Computational Chemistry . 30 (2): 317– 335. doi : 10.1002 / jcc.21052 . PMID  18615419. S2CID  10795179 .
  2. ^ 「PQS ab initio v. 4.0」。並列量子ソリューション。ターンキー計算化学。
  3. ^ a b「PQS Ab Initio プログラムパッケージ」（PDF）。並列量子ソリューション。
  4. ^ Leszczynski、イェジ;カチュマレク＝ケンジェラ、アンナ。 G.パパドプロス、マントス。レイス、ヘリベルト。 J. サドレイ、アンジェイ; K. シュクラ、マノージ (2012-01-13)。計算化学ハンドブック(2012 年版)。スプリンガー。ISBN 9789400707115。
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