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Química Q

Q-Chem es un paquete de estructura electrónica de propósito general [1] [2] [3] [4] que presenta una variedad de métodos establecidos y nuevos implementados utilizando algoritmos innovadores que permiten cálculos rápidos de sistemas grandes en varias arquitecturas de computadora, desde computadoras portátiles y estaciones de trabajo de laboratorio regulares hasta clústeres de tamaño mediano, HPCC y computación en la nube utilizando enfoques basados ​​en funciones de densidad y funciones de onda. Ofrece una interfaz gráfica integrada y un generador de entrada; una gran selección de funciones y métodos de correlación, incluidos métodos para estados excitados electrónicamente y sistemas de capa abierta; modelos de solvatación; y herramientas de análisis de funciones de onda. Además de servir a la comunidad de química computacional [5] , Q-Chem también proporciona una plataforma de desarrollo de código versátil.

Historia

El software Q-Chem es mantenido y distribuido por Q-Chem, Inc. [6], con sede en Pleasanton, California, EE. UU. Fue fundada en 1993 como resultado de desacuerdos dentro de la empresa Gaussian que llevaron a la salida (y posterior "prohibición") de John Pople y varios de sus estudiantes y posdoctorados (consulte Controversia sobre la licencia Gaussian [7] ). [6] [8]

Las primeras líneas del código Q-Chem fueron escritas por Peter Gill , en ese momento un posdoctorado de Pople , durante unas vacaciones de invierno (diciembre de 1992) en Australia. Pronto se unieron a Gill Benny Johnson (un estudiante de posgrado de Pople ) y Carlos González (otro posdoctorado de Pople ), pero este último dejó la compañía poco después. A mediados de 1993, Martin Head-Gordon , ex estudiante de Pople , pero en ese momento en la carrera de titularidad de Berkeley , se unió al creciente equipo de desarrolladores académicos. [6] [8]

Postal anunciando el lanzamiento de Q-Chem 1.0.

En preparación para el primer lanzamiento comercial, la compañía contrató a Eugene Fleischmann como director de marketing y adquirió su URL www.q-chem.com en enero de 1997. El primer producto comercial, Q-Chem 1.0, fue lanzado en marzo de 1997. Las postales publicitarias celebraron el lanzamiento con el orgulloso titular, "Los problemas que alguna vez fueron imposibles ahora son rutinarios"; sin embargo, la versión 1.0 tenía muchas deficiencias, y un ingenioso comentó una vez que las palabras "imposible" y "rutina" probablemente deberían intercambiarse. [8] Sin embargo, el vigoroso desarrollo del código continuó, y para el año siguiente Q-Chem 1.1 pudo ofrecer la mayoría de la funcionalidad química cuántica básica , así como una lista creciente de características (el método multipolar rápido continuo, el motor de matriz J, COLD PRISM para integrales y la función de densidad G96 , por ejemplo) que no estaban disponibles en ningún otro paquete. [6] [8]

Tras el revés que supuso la marcha de Johnson, la empresa se descentralizó aún más y estableció y cultivó relaciones con un círculo cada vez mayor de grupos de investigación en universidades de todo el mundo. En 1998, Fritz Schaefer aceptó una invitación para unirse a la Junta Directiva y, a principios de 1999, tan pronto como expiró su acuerdo de no competencia con Gaussian , John Pople se incorporó como director y desarrollador de código. [6] [8]

En 2000, Q-Chem estableció una colaboración con Wavefunction Inc., que llevó a la incorporación de Q-Chem como motor ab initio en todas las versiones posteriores del paquete Spartan. La Junta de Q-Chem se amplió en marzo de 2003 con la incorporación de Anna Krylov y Jing Kong. En 2012, John Herbert se unió a la Junta y Fritz Schaefer se convirtió en miembro emérito. Al año siguiente, Shirin Faraji se unió a la Junta; Peter Gill , que había sido presidente de Q-Chem desde 1988, renunció; y Anna Krylov se convirtió en la nueva presidenta. En 2022-23, Yuezhi Mao y Joonho Lee se unieron a la junta. La Junta Directiva activa actualmente está formada por Lee, Mao, Faraji, Gill (expresidente), Herbert, Krylov (presidente) y Hilary Pople ( hija de John ). Martin Head-Gordon sigue siendo asesor científico de la Junta. [6] [8]

Actualmente, hay miles de licencias de Q-Chem en uso, y la base de usuarios de Q-Chem se está expandiendo, como lo ilustran los registros de citas de las versiones 2.0, 3.0 y 4.0, que alcanzaron 400 por año en 2016 (ver Figura 2). [8]

Fig. 2. Citas a Q-Chem: 2001 a 2019.

Q-Chem se ha utilizado como motor en estudios de alto rendimiento, como el Proyecto de Energía Limpia de Harvard , [9] en el que se realizaron alrededor de 350.000 cálculos diariamente en IBM World Community Grid .

Figura 3. Estadísticas de la actividad de los desarrolladores de Q-Chem desde 2006. Gráfico superior: Número total de commits de código (altura de las barras) y número de desarrolladores que contribuyen (color de la barra) por mes. Gráfico inferior: Crecimiento de la base de desarrolladores, que muestra los desarrolladores existentes y nuevos cada mes. Se puede ver un crecimiento constante de la base de desarrolladores. El recuadro muestra el número total de commits de los 50 desarrolladores más prolíficos, mostrando las contribuciones del equipo de tiempo completo (> 2000 commits), el equipo de desarrolladores principal (500–2000 commits) y los desarrolladores no principales (< 500 commits).

Los algoritmos innovadores y los nuevos enfoques de la estructura electrónica han permitido realizar descubrimientos científicos de vanguardia. Esta transición, desde el código interno hasta el motor de estructura electrónica principal, ha sido posible gracias a las contribuciones de numerosos colaboradores científicos; el modelo de negocio de Q-Chem fomenta la participación amplia de los desarrolladores. Q-Chem define su género como software de trabajo en equipo abierto: [8] su código fuente está abierto a un gran grupo de desarrolladores. Además, algunos módulos de Q-Chem se distribuyen como código abierto. [8] Desde 1992, se han dedicado más de 400 años-hombre (y mujer) al desarrollo de código. Q-Chem 5.2.2, publicado en diciembre de 2019, consta de 7,5 millones de líneas de código, que incluyen contribuciones de más de 300 desarrolladores activos (la estimación actual es de 312). [6] [8] Véase la Figura 3.

Características

Q-Chem puede realizar una serie de cálculos generales de química cuántica, como Hartree-Fock , teoría funcional de la densidad (DFT), incluida la DFT dependiente del tiempo ( TDDFT ), teoría de perturbación de Møller-Plesset (MP2), cúmulo acoplado (CC), cúmulo acoplado de ecuación de movimiento (EOM-CC), [10] [11] [12] interacción de configuración (CI), construcción diagramática algebraica (ADC) y otros métodos avanzados de estructura electrónica. Q-Chem también incluye la funcionalidad QM/MM . Q-Chem 4.0 y versiones superiores vienen con la interfaz gráfica de usuario, IQMol, que incluye un generador de entrada jerárquica, un constructor molecular y capacidades de visualización general (OM, densidades, vibraciones moleculares, vías de reacción, etc.). IQMol es desarrollado por Andrew Gilbert (en coordinación con Q-Chem) y se distribuye como software gratuito de código abierto. IQmol está escrito utilizando las bibliotecas Qt, lo que le permite ejecutarse en una variedad de plataformas, incluidas OS X, Windows y Linux. Proporciona un entorno intuitivo para configurar, ejecutar y analizar los cálculos de Q-Chem. También puede leer y mostrar una variedad de formatos de archivo, incluido el formato de punto de control ampliamente disponible. Una lista completa y actualizada de características se publica en el sitio web de Q-Chem y en el manual del usuario. [6]

Además, Q-Chem está interconectado con WebMO y se utiliza como motor de cálculo en Spartan , o como back-end para CHARMM , GROMACS , NAMD y ChemShell. También se pueden utilizar otros programas de visualización populares como Jmol y Molden .

En 2018, Q-Chem estableció una asociación con BrianQC, producido por StreamNovation, Ltd., un nuevo motor integral que aprovecha la potencia computacional de las GPU. El complemento BrianQC acelera los cálculos de Q-Chem aprovechando las GPU en arquitecturas mixtas, lo que resulta muy eficiente para simular moléculas grandes y sistemas extendidos. BrianQC es el primer software de química cuántica con GPU capaz de calcular orbitales de alto momento angular.

Métodos de campo autoconsistentes del estado fundamental

Teoría del funcional de la densidad

Algoritmos innovadores para un rendimiento más rápido y una escala reducida de cálculos integrales, HF/DFT y métodos de muchos cuerpos

Métodos Post Hartree-Fock

Métodos QM/MM y QM/EFP para sistemas extendidos

Historial de versiones

A partir de Q-Chem 2.0 solo se muestran las versiones principales.

Véase también

Referencias

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Enlaces externos