クォンタムエスプレッソ

クォンタムエスプレッソ
クォンタムエスプレッソ
開発者	クォンタムエスプレッソ財団 (QEF)
安定放出	7.5 / 2025年8月19日( 2025年8月19日)
執筆	Fortran、C
オペレーティング·システム	Linux、macOS
ライセンス	GNU一般公衆利用許諾書
Webサイト	www.quantum-espresso.org
リポジトリ	gitlab.com/QEF/qe

Quantum ESPRESSO (電子構造、シミュレーション、最適化の研究のための量子オープンソースパッケージ; QE ) ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}は、第一原理電子構造計算と材料モデリングのためのスイートであり、 GNU General Public Licenseの下でフリーソフトウェアとして無料で配布されています。密度汎関数理論(DFT)、平面波基底セット、擬ポテンシャル(ノルム保存型と超軟型の両方)に基づいています。

QEの中核となる平面波DFT関数は、PWscfコンポーネントによって提供されます（PWscfは以前は独立したプロジェクトとして存在していました）。PWscf （Plane-Wave Self-Consistent Field ）は、平面波基底関数と擬ポテンシャルを用いて、DFTおよび密度汎関数摂動理論における電子構造計算を行うためのプログラム群です。このソフトウェアはGNU General Public Licenseに基づいてリリースされています。

最新の安定版であるQE-7.4.1は、2025年3月14日にリリースされました。

クォンタムエスプレッソプロジェクト

Quantum ESPRESSOは、イタリアのトリエステにあるCNR-IOM DEMOCRITOS国立シミュレーションセンターとそのパートナーが、MIT、プリンストン大学、ミネソタ大学、ローザンヌ連邦工科大学など、世界中のさまざまなセンターと協力して進めているオープンイニシアチブです。このプロジェクトは、世界中の多くの研究センターやグループによって設立されたQUANTUM ESPRESSO財団によって調整されています。最初のバージョンであるpw.1.0.0は、 2001年6月15日にリリースされました。

このプログラムは主にFortran-90で記述されており、一部にC言語またはFortran-77が使用されています。コアコンポーネント群、高度なタスクを実行するためのプラグイン群、およびサードパーティ製パッケージ群で構成されています。

基本的なパッケージには、周期的な固体に対して得られる自己無撞着なKohn-Sham方程式を解くPwscf ^{[ 5 ]}、Car-Parrinello分子動力学を実行するCP、およびデータ解析とプロットを可能にするPostProcが含まれます。注目すべき追加パッケージには、擬ポテンシャル生成のためのatomic 、密度汎関数摂動理論（DFPT）および原子変位に関するエネルギーの2次および3次微分を計算するPHonon 、反応経路とエネルギー障壁を計算するNEB （nudged elastic band）などがあります。

対象となる問題

実行可能なさまざまなタスクには以下が含まれます

基底状態の計算
構造最適化
遷移状態と最小エネルギー経路
フォノン周波数、電子-フォノン相互作用、 EPRおよびNMR化学シフトなどの応答特性（DFPT）
第一原理分子動力学：Car-Parrinello法とBorn-Oppenheimer法による分子動力学計算
分光学的特性^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}
量子インポート
擬ポテンシャルの生成

並列化

Quantum ESPRESSOディストリビューションの主要コンポーネントは、プロセッサ間通信の多層構造を特徴とする最新のスーパーコンピュータのアーキテクチャを最大限に活用するように設計されています。並列処理はMPIとOpenMPの両方を使用して実現されており、ディストリビューションの主要コードは、ほとんど、あるいはすべての並列マシン上で非常に高いパフォーマンスで並列実行できます。近年の開発において、Quantum ESPRESSOはパフォーマンス向上のため、さまざまなツールでCUDAベースのGPUアクセラレーションを積極的に採用しています。

参考文献

↑ 「クォンタムエスプレッソ財団 - クォンタムエスプレッソ財団の本拠地」。
↑ 「Quantum ESPRESSO バージョン 7.5」。2025 年 8 月 19 日。2026年1 月 9 日に取得。
↑パオロ・ジャンノッツィ;ステファノ・バローニ。ニコラ・ボニーニ。マテオ・カランドラ;ロベルト・カー。カルロ・カヴァッツォーニ。ダヴィデ・チェレソリ。グイド・L・キアロッティ。マテオ・ココッチョーニ。イスマイラ・ダボ。アンドレア・ダル・コルソ。ステファノ・デ・ジロンコリ。ステファノ・ファブリス。グイド・フラテシ;ラルフ・ゲバウアー。ウーヴェ・ゲルストマン。クリストス・グーグーシス。アントン・コカルジ;ミケーレ・ラゼーリ。レイラ・マーティン・サモス。ニコラ・マルザーリ;フランチェスコ・マウリ。リッカルド・マッツァレロ。ステファノ・パオリーニ;アルフレッド・パスクアレッロ。ロレンツォ・パウラット。カルロ・スブラッチャ。サンドロ・スカンドーロ。ガブリエレ・シュクローゼロ。アリ・P・ザイツネン。アレクサンダー・スモグノフ。パオロ・ウマリ＆レナータ・M・ウェンツコビッチ（2009）。「 QUANTUM ESPRESSO: 物質の量子シミュレーションのためのモジュール型オープンソースソフトウェアプロジェクト」。Journal of Physics : Condensed Matter。21 ( 39 ) 395502。arXiv : 0906.2569。Bibcode : 2009JPCM ...21M5502G。doi : 10.1088/0953-8984/21/ 39 / 395502。PMID 21832390。S2CID 5846317。
↑ P. ジャンノッツィ; O. アンドレウシ; T. ブルメ; O. ブナウ; M. ボンジョルノ・ナルデリ; M. カランドラ; R.カー; C.カヴァッツォーニ。 D. セレソリ。 M. ココッチョーニ; N. コロンナ; I. カルニメオ; A. ダル・コルソ。 S.デ・ジロンコリ; P. デルーガス; RAディスタシオJr. A.フェレッティ; A. フロリス。 G.フラテーシ; G.フガロ。 R. ゲバウアー; U. ゲルストマン; F. ジュスティーノ; T. ゴルニ; J・ジア;川村正人; H.-Y.コ； A. コカルジ; E.キュチュクベンリ; M.ラゼーリ; M.マルシリ; N. マルザーリ; F.マウリ; NLグエン; H.-V.グエン。 A. オテロ・デ・ラ・ロザ。 L.ポーラット; S.ポンセ; D.ロッカ; R.サバティーニ; B. サントラ。 M.シュリップ; AP ザイツネン。 A.スモグノフ。 I.ティムロフ; T・トーンハウザー; P.ウマリ; N. 広大。 X.ウー & S.バローニ (2017)。「Quantum ESPRESSO による材料モデリングの高度な機能」。物理学ジャーナル: 凝縮物質。29 (46): 465901.arXiv : 1709.10010。Bibcode : 2017JPCM...29T5901G。土井：10.1088/1361-648X/aa8f79。PMID 29064822。S2CID 3950531。
↑ Corso, Andrea Dal (1996). "擬ポテンシャル平面波プログラム (PWSCF) といくつかの事例研究".結晶性物質の特性の量子力学的第一原理計算. Lecture Notes in Chemistry. Vol. 67. Springer, Berlin, Heidelberg. pp. 155–178 . doi : 10.1007/978-3-642-61478-1_10 . ISBN 978-3-540-61645-0。
↑ Bunău, Oana; Matteo, Calandra (2013). "プロジェクター増強波動法によるL 2, 3端におけるX線吸収スペクトルの計算". Physical Review B. 87 ( 20) 205105. arXiv : 1304.6251 . Bibcode : 2013PhRvB..87t5105B . doi : 10.1103/PhysRevB.87.205105 . S2CID 52199435 .
↑ Gougoussis, Christos; Calandra, Matteo; Seitsonen, Ari P.; Mauri, Francesco (2009). "超軟擬ポテンシャルスキームによるX線吸収の第一原理計算：α-石英から高温超伝導化合物まで". Phys. Rev. B . 80 (7) 075102. doi : 10.1103/PhysRevB.80.075102 .

外部リンク

公式サイト
クォンタムエスプレッソ財団（QEF）のウェブサイト

[1] 「クォンタムエスプレッソ財団 - クォンタムエスプレッソ財団の本拠地」。

[wikidata-0e40e8da0c44d22d11788d60d2a81a67c0d65419-v20-2] 「Quantum ESPRESSO バージョン 7.5」。2025 年 8 月 19 日。2026年1 月 9 日に取得。

[3] パオロ・ジャンノッツィ;ステファノ・バローニ。ニコラ・ボニーニ。マテオ・カランドラ;ロベルト・カー。カルロ・カヴァッツォーニ。ダヴィデ・チェレソリ。グイド・L・キアロッティ。マテオ・ココッチョーニ。イスマイラ・ダボ。アンドレア・ダル・コルソ。ステファノ・デ・ジロンコリ。ステファノ・ファブリス。グイド・フラテシ;ラルフ・ゲバウアー。ウーヴェ・ゲルストマン。クリストス・グーグーシス。アントン・コカルジ;ミケーレ・ラゼーリ。レイラ・マーティン・サモス。ニコラ・マルザーリ;フランチェスコ・マウリ。リッカルド・マッツァレロ。ステファノ・パオリーニ;アルフレッド・パスクアレッロ。ロレンツォ・パウラット。カルロ・スブラッチャ。サンドロ・スカンドーロ。ガブリエレ・シュクローゼロ。アリ・P・ザイツネン。アレクサンダー・スモグノフ。パオロ・ウマリ＆レナータ・M・ウェンツコビッチ（2009）。「 QUANTUM ESPRESSO: 物質の量子シミュレーションのためのモジュール型オープンソースソフトウェアプロジェクト」。Journal of Physics : Condensed Matter。21 ( 39 ) 395502。arXiv : 0906.2569。Bibcode : 2009JPCM ...21M5502G。doi : 10.1088/0953-8984/21/ 39 / 395502。PMID 21832390。S2CID 5846317。

[4] P. ジャンノッツィ; O. アンドレウシ; T. ブルメ; O. ブナウ; M. ボンジョルノ・ナルデリ; M. カランドラ; R.カー; C.カヴァッツォーニ。 D. セレソリ。 M. ココッチョーニ; N. コロンナ; I. カルニメオ; A. ダル・コルソ。 S.デ・ジロンコリ; P. デルーガス; RAディスタシオJr. A.フェレッティ; A. フロリス。 G.フラテーシ; G.フガロ。 R. ゲバウアー; U. ゲルストマン; F. ジュスティーノ; T. ゴルニ; J・ジア;川村正人; H.-Y.コ； A. コカルジ; E.キュチュクベンリ; M.ラゼーリ; M.マルシリ; N. マルザーリ; F.マウリ; NLグエン; H.-V.グエン。 A. オテロ・デ・ラ・ロザ。 L.ポーラット; S.ポンセ; D.ロッカ; R.サバティーニ; B. サントラ。 M.シュリップ; AP ザイツネン。 A.スモグノフ。 I.ティムロフ; T・トーンハウザー; P.ウマリ; N. 広大。 X.ウー & S.バローニ (2017)。「Quantum ESPRESSO による材料モデリングの高度な機能」。物理学ジャーナル: 凝縮物質。29 (46): 465901.arXiv : 1709.10010。Bibcode : 2017JPCM...29T5901G。土井：10.1088/1361-648X/aa8f79。PMID 29064822。S2CID 3950531。

[5] Corso, Andrea Dal (1996). "擬ポテンシャル平面波プログラム (PWSCF) といくつかの事例研究".結晶性物質の特性の量子力学的第一原理計算. Lecture Notes in Chemistry. Vol. 67. Springer, Berlin, Heidelberg. pp. 155–178 . doi : 10.1007/978-3-642-61478-1_10 . ISBN 978-3-540-61645-0。

[6] Bunău, Oana; Matteo, Calandra (2013). "プロジェクター増強波動法によるL 2, 3端におけるX線吸収スペクトルの計算". Physical Review B. 87 ( 20) 205105. arXiv : 1304.6251 . Bibcode : 2013PhRvB..87t5105B . doi : 10.1103/PhysRevB.87.205105 . S2CID 52199435 .

[7] Gougoussis, Christos; Calandra, Matteo; Seitsonen, Ari P.; Mauri, Francesco (2009). "超軟擬ポテンシャルスキームによるX線吸収の第一原理計算：α-石英から高温超伝導化合物まで". Phys. Rev. B . 80 (7) 075102. doi : 10.1103/PhysRevB.80.075102 .

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クォンタムエスプレッソプロジェクト

対象となる問題

並列化

関連項目

参考文献

外部リンク