Q-ケム

開発者	Q-Chem Inc.、Q-Chem 開発者コミュニティ
安定リリース	6.1.1 / 2023年12月6日; 9か月前 ( 2023-12-06 )
書かれた	Fortran、C、C++
オペレーティング·システム	Linux、FreeBSD、Unixなどのオペレーティングシステム、Microsoft Windows、Mac OS X
タイプ	第一原理量子化学、密度汎関数理論、QM/MM、AIMD、計算化学
ライセンス	商業、学術
Webサイト	ホームページ

Q-Chemは、汎用の電子構造パッケージ^{[1] [2] [3] [4]}であり、革新的なアルゴリズムを使用して実装されたさまざまな確立された方法と新しい方法を備えています。これにより、ラップトップや通常の研究室ワークステーションから、中規模クラスター、HPCC、密度汎関数と波動関数ベースのアプローチを使用したクラウドコンピューティングまで、さまざまなコンピューターアーキテクチャ上で大規模なシステムを高速に計算できます。統合されたグラフィカルインターフェイスと入力ジェネレーター、電子励起状態と開殻システムの方法を含む関数と相関方法の幅広い選択肢、溶媒和モデル、波動関数解析ツールを提供します。計算化学^[5]コミュニティへのサービスに加えて、Q-Chemは多用途のコード開発プラットフォームも提供します。

Q-Chemソフトウェアは、米国カリフォルニア州プレザントンに拠点を置くQ-Chem, Inc. ^{[6]によって保守および配布されています。同社は、1993年に}ガウス社内部での意見の相違によりジョン・ポプルと彼の学生およびポスドク数名が退社（その後「追放」）したことを受けて設立されました（ガウス社のライセンス論争^[7]を参照）。^{[6] [8]}

Q-Chemコードの最初の数行は、当時PopleのポスドクだったPeter Gillがオーストラリアでの冬休み（1992年12月）中に書いた。GillはすぐにBenny Johnson（Popleの大学院生）とCarlos Gonzalez（Popleのポスドク）に加わったが、後者はその後すぐに会社を去った。1993年半ば、以前はPopleの学生だったが当時はバークレーの終身在職権を持っていたMartin Head-Gordonが、成長を続ける学術開発者チームに加わった。^{[6] [8]}

最初の商用リリースの準備として、同社はマーケティング ディレクターとしてユージン フライシュマンを雇い、1997 年 1 月に URL www.q-chem.com を取得しました。最初の商用製品である Q-Chem 1.0 は、1997 年 3 月にリリースされました。広告のポストカードには、「かつては不可能だった問題が今では日常的」という誇らしげな見出しが付けられてリリースが祝われましたが、バージョン 1.0 には多くの欠点があり、あるウィットのある人物は、「不可能」と「日常的」という言葉はおそらく入れ替えるべきだと発言しました。^[8]しかし、精力的なコード開発は継続され、翌年までに Q-Chem 1.1 は、他のパッケージでは利用できない機能 (連続高速多重極法、J マトリックス エンジン、積分用の COLD PRISM、G96密度汎関数など) の増加に加えて、基本的な量子化学機能のほとんどを提供できるようになりました。^{[6] [8]}

ジョンソンが去ったことで挫折した後、同社はより分散化され、世界中の大学の研究グループとのつながりがますます広がり、関係を構築・強化していった。1998年、フリッツ・シェーファーは取締役会への参加の招待を受け入れ、1999年初頭、ガウシアンとの競合禁止契約が期限切れになるとすぐに、ジョン・ポープルが取締役兼コード開発者として入社した。^{[6] [8]}

2000 年、Q-Chem は Wavefunction Inc. とのコラボレーションを確立し、その結果、Q-Chem はSpartan パッケージの以降のすべてのバージョンにab initioエンジンとして組み込まれるようになりました。Q-Chem の取締役会は、2003 年 3 月にAnna Krylovと Jing Kong を加えて拡大されました。2012 年には、John Herbert が取締役会に加わり、Fritz Schaefer が名誉会員になりました。翌年、Shirin Faraji が取締役会に加わり、 1988 年から Q-Chem の社長を務めていたPeter Gill が退任し、Anna Krylov が新社長に就任しました。2022-23 年には、Yuezhi Mao と Joonho Lee が取締役会に加わりました。現在、取締役会のメンバーは Lee、Mao、Faraji、Gill (前社長)、Herbert、Krylov (社長)、および Hilary Pople ( John の娘) です。Martin Head-Gordon は引き続き取締役会の科学顧問を務めています。^{[6] [8]}

現在、何千ものQ-Chemライセンスが使用されており、リリース2.0、3.0、4.0の引用記録が示すように、Q-Chemのユーザーベースは拡大しており、2016年には年間400件に達しました（図2を参照）。^[8]

Q-Chemは、ハーバードクリーンエネルギープロジェクト^[9] などの高スループット研究のエンジンとして使用されており、IBMワールドコミュニティグリッドで毎日約35万回の計算が実行されました。

革新的なアルゴリズムと電子構造への新しいアプローチは、最先端の科学的発見を可能にしてきました。社内コードから主要な電子構造エンジンへのこの移行は、多数の科学協力者の貢献により可能になりました。Q-Chemのビジネスモデルは、幅広い開発者の参加を奨励しています。Q-Chemは、そのジャンルをオープンチームウェアと定義しています。 ^[8]ソースコードは、大規模な開発者グループに公開されています。さらに、一部のQ-Chemモジュールはオープンソースとして配布されています。^[8] 1992年以来、400人以上の人々がコード開発に費やされてきました。2019年12月にリリースされたQ-Chem 5.2.2は、750万行のコードで構成されており、これには300人以上のアクティブな開発者（現在の推定312人）の貢献が含まれています。^{[6] [8]}図3を参照してください。

Q-Chem は、ハートリー・フォック法、時間依存密度汎関数理論(DFT) ( TDDFT )、モラー・プレセ摂動論(MP2)、結合クラスター法(CC)、運動方程式結合クラスター法 (EOM-CC)、^{[10] [11] [12]} 配置間相互作用(CI)、代数的ダイアグラム構成 (ADC)、その他の高度な電子構造法など、一般的な量子化学計算を数多く実行できます。Q-Chem にはQM/MM機能も含まれています。Q-Chem 4.0 以降のリリースには、階層型入力ジェネレーター、分子ビルダー、および一般的な視覚化機能 (MO、密度、分子振動、反応経路など) を含むグラフィカル ユーザー インターフェイス IQMol が付属しています。IQMol は Andrew Gilbert 氏 (Q-Chem と連携) によって開発され、無料のオープン ソース ソフトウェアとして配布されています。 IQmol は Qt ライブラリを使用して記述されており、OS X、Windows、Linux などのさまざまなプラットフォームで実行できます。Q-Chem 計算の設定、実行、分析を行うための直感的な環境を提供します。また、広く利用可能なフォーマットされたチェックポイント形式を含むさまざまなファイル形式を読み込んで表示することもできます。機能の完全な最新リストは、Q-Chem の Web サイトとユーザー マニュアルで公開されています。^[6]

さらに、Q-Chem は WebMO とインターフェースされており、Spartan の計算エンジンとして、または CHARMM 、GROMACS 、NAMD 、ChemShell のバックエンドとして使用されます。JmolやMoldenなどの他の一般的な視覚化プログラムも使用できます。

2018 年、Q-Chem は StreamNovation Ltd. が開発した、GPU の計算能力を活用した新しい積分エンジン BrianQC とのパートナーシップを確立しました。BrianQC プラグインは、混合アーキテクチャ上の GPU を活用して Q-Chem の計算を高速化し、大きな分子や拡張システムのシミュレーションに非常に効率的です。BrianQC は、高角運動量軌道を計算できる初の GPU 量子化学ソフトウェアです。

• 制限付き、制限なし、制限付き開殻定式化
• 構造最適化、調和周波数解析、および第一原理分子動力学のための解析的一次および二次導関数
• 高速収束のための効率的なアルゴリズム
• さまざまな推測オプション（MOMを含む）

• さまざまなローカル、GGA、mGGA、ハイブリッド、ダブルハイブリッド、分散補正、範囲分離関数（エネルギーおよび解析的 1 次および 2 次導関数）
• TDDFT およびスピンフリップ TDDFT 定式化 (エネルギー、勾配、周波数)
• 制約付きDFT

• 二重基準
• アイデンティティの解決
• 電子反発積分のコレスキー分解
• 連続高速多重極法(CFMM)
• mrXC による交換相関の高速数値積分 (多重解像度交換相関)
• 線形スケーリングHF交換法（LinK）
• フーリエ変換クーロン法 (FTC)
• COLD PRISMとJマトリックスエンジン
• 相関法における混合精度演算^[13]

• MP2 ^{[14] [15]}（RI-MP2、^{[16] [17] [18]}エネルギーと解析勾配を含む）
• SCS、SOS-MP2、OO-MP2
• CCD、QCISD、CCSD、OOCCD、VOOCCD
• (T)、(2)、(dT)、(fT)補正
• 開殻および電子励起種のEOM-XX-CCSD法（XX=EE、SF、IP、EA、DIP、DEA、2SF、ほとんどの方法でエネルギー、特性、勾配）^{[10] [11] [12]}共鳴（電子分離に関して準安定状態）を扱うための複素数値バリアントを含む^[13]
• DFTと多体法の拡張によるコアレベル状態と関連分光法の取り扱い^[19]
• ADC方式
• 励起状態に対するCIS、TDDFT、CIS(D)、およびSOS-CIS(D)法
• さまざまな暗黙溶媒モデル
• Felix Plasserらが開発したlibwfaによって実現された波動関数解析ツール^[20]

• Janus QM/MMインターフェース
• 連結原子のない陰陽原子モデル
• ONIOMモデル
• EFP法（有効フラグメントのライブラリ、CC/EOMとのEFPインターフェース、DFT/TDDFT、その他の方法を含む）^{[21] [22] [23] [24]}

Q-Chem 2.0 以降では、メジャー リリース バージョンのみが表示されます。

• Q-Chem 1.0: 1997 年 3 月
• Q-Chem 1.1: 1997 ^[25]
• Q-Chem 1.2 1998 ^[26]
• Q-Chem 2.0: 2000 ^[1]
• Q-Chem 3.0: 2006 ^[2]
• Q-Chem 4.0: 2012年2月^[27]
• Q-Chem 5.0: 2017年6月^[28]
• Q-Chem 5.2.2: 2019年12月
• Q-Chem 5.3.2: 2020年12月
• Q-Chem 5.4: 2021年6月
• Q-Chem 5.4.1: 2021年8月
• Q-Chem 5.4.2: 2021年12月
• Q-Chen 6.0: 2022年7月
• Q-Chem 6.1.0: 2022年12月
• Q-Chem 6.1.1: 2023年12月

• キューケム株式会社
• IQモル
• Wavefunction, Inc.、Spartan グラフィカル インターフェイスは Q-Chem 計算エンジンにアクセスし、それを含みます
• ウェブMO
• ブライアンQC