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	量子エスプレッソ財団 (QEF)
安定版リリース	7.4 / 2024年10月21日; 2か月前
リポジトリ	gitlab.com/QEF/qe
書かれた	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	量子エスプレッソ

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）^[2]^[3]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の下で無料で配布され、フリーソフトウェアとして配布されています。密度汎関数理論（DFT）、平面波基底関数、擬ポテンシャル（ノルム保存型と超ソフト型の両方）に基づいています。

QE のコアとなる平面波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使用して、DFT と密度汎関数摂動論の範囲内で電子構造を計算するためのプログラムセットです。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。

最新バージョンQE-7.4は2024年10月21日にリリースされました。

量子ESPRESSOプロジェクト

Quantum ESPRESSO は、トリエステ(イタリア)の 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によるオープンイニシアチブであり、 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連携しています。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結成された QUANTUM ESPRESSO 財団によって調整されています。最初のバージョンはpw.1.0.0と呼ばれ、 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、一部はCまたは Fortran-77 で記述されています。このプログラムは、コアコンポーネントのセット、高度なタスク用のプラグインのセット、およびサードパーティパッケージのセットで構成されています。

基本パッケージには、周期的固体に対して得られた自己無撞着なコーン・シャム方程式を解くPwscf ^[4]、カー・パリネロ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が含まれています。注目すべき追加パッケージには、擬ポテンシャル生成用のatomic 、密度汎関数摂動法（DFPT）と原子変位に関するエネルギーの2次および3次導関数の計算用のPHonon 、反応経路とエネルギー障壁を計算する NEB （ナッジドエラスティックバンド）があります。

ターゲットの問題

実行できる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
応答特性（DFPT）、例えばフォノン周波数、電子フォノン相互作用、EPRおよびNMR化学シフトなど
第一原理分子動力学: Car-Parrinelloと Born-Oppenheimer MD
分光学的性質^[5]^[6]
量子輸入
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複数のレベルとレイヤーを特徴とする今日のスーパーコンピュータのアーキテクチャを活用するように設計されています。並列化はMPIとOpenMP の両方を使用して実現され、ディストリビューションの主要コードをほとんどまたはすべての並列マシンで非常に優れたパフォーマンスで並列実行できます。

参照

参考文献

^ 「Quantum ESPRESSO Foundation - Quantum ESPRESSO Foundation のホームページ」。
^ 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: 材料の量子シミュレーションのためのモジュール式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。ビブコード: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) といくつかのケーススタディ」。結晶材料の特性に関する量子力学的第一原理計算。化学講義ノート。第 67 巻。Springer、ベルリン、ハイデルベルク。pp. 155– 178。doi :10.1007/978-3-642-61478-1_10。ISBN 9783540616450。
^ Bunău, Oana; Matteo, Calandra (2013). 「L 2, 3 端における X 線吸収スペクトルのプロジェクター拡張波計算」. 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おけるX線吸収の第一原理計算：$\alpha$-quartzから高T$_c$化合物まで」. Phys. Rev. B . 80 (7): 075102. doi :10.1103/PhysRevB.80.075102.

外部リンク

Quantum ESPRESSOのウェブサイト
Quantum ESPRESSO Foundation (QEF) のウェブサイト

[1] 「Quantum ESPRESSO Foundation - Quantum ESPRESSO Foundation のホームページ」。

[2] 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: 材料の量子シミュレーションのためのモジュール式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 。

[3] 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。ビブコード:2017JPCM...29T5901G。土井：10.1088/1361-648X/aa8f79。PMID 29064822。S2CID 3950531 。

[4] Corso, Andrea Dal (1996). 「擬ポテンシャル平面波プログラム (PWSCF) といくつかのケーススタディ」。結晶材料の特性に関する量子力学的第一原理計算。化学講義ノート。第 67 巻。Springer、ベルリン、ハイデルベルク。pp. 155– 178。doi :10.1007/978-3-642-61478-1_10。ISBN 9783540616450。

[5] Bunău, Oana; Matteo, Calandra (2013). 「L 2, 3 端における X 線吸収スペクトルのプロジェクター拡張波計算」. Physical Review B. 87 ( 20): 205105. arXiv : 1304.6251 . Bibcode :2013PhRvB..87t5105B. doi :10.1103/PhysRevB.87.205105. S2CID 52199435.

[6] Gougoussis, Christos; Calandra, Matteo; Seitsonen, Ari P.; Mauri, Francesco (2009). 「超軟擬ポテンシャルスキームにおけるX線吸収の第一原理計算：$\alpha$-quartzから高T$_c$化合物まで」. Phys. Rev. B . 80 (7): 075102. doi :10.1103/PhysRevB.80.075102.