Welches ist das beste kostenlose Softwareprogramm zur Berechnung der Quantenchemie?

2019/9/19

Gaussian ist berühmt für seine Softwareprogramme zur Berechnung der Quantenchemie und hat einen überwältigenden Anteil, kostet aber einige Millionen Yen.Eine Welt, in der noch billigere bei Hunderttausenden von Yen beginnen.Die Schwelle ist zu hoch für einen Amateur wie mich, um mit Interesse zu beginnen.

Ich untersuchte ein freies Softwareprogramm, das quantenchemische Berechnungen durchführen kann, insbesondere DFT-Berechnungen (Density Functional Theory).

Software / Programmliste zur Berechnung der Quantenchemie

Auf WikipediaSoftwarelisteWenn Sie sich das ansehen, werden Sie feststellen, dass es viele freie gibt.Auch, obwohl es ein wenig alt ist, auf der folgenden Seite "Empfohlene Software als Ersatz für GaußEs gab auch eine Frage zu.Darunter fasse ich Folgendes zusammen, an dem ich mit kostenloser Open-Source-Software interessiert war.

GAMESS, Firefly

Im Gegensatz zu den folgenden vier, GUI-Software.

Was ist der Unterschied zwischen GAMESS (US) und Firefly?Die Erklärung war leicht zu verstehen.

Quanten-ESPRESSO

QUANTUM ESPRESSO ist ein integriertes Paket von Open Source-Code für elektronische Strukturberechnungen und nanoskaliges Materialdesign.Berechnungen basierend auf der Dichtefunktionaltheorie, dem Näherungsmodell für ebene Wellen und dem Pseudopotentialmodell sind möglich.Zusätzlich können Grundzustandsberechnungen, Strukturoptimierung, Übergangszustands- und Minimalenergiepfade, Ab-initio-Molekulardynamik, Reaktionseigenschaften, optische Eigenschaften, Quantenübergänge usw. berechnet werden.

Supercomputersystem des Kyoto University Institute for Chemical Research

Die offiziellen Dokumente sind umfangreich und wurden vom Labor der Tohoku-Universität (Graduate School of Science) erstellt.Japanisches TutorialEs gibt auch.

Es wird häufig in wissenschaftlichen Arbeiten verwendet, da es das einflussreichste kostenlose Programm ist und den Ruf hat, in Bezug auf Funktion und Geschwindigkeit mit kommerzieller Software vergleichbar zu sein.Stark auf dem Gebiet fester Materialien wie der Optimierung der Kristallstruktur.Die interne Sprache ist fortan und eine Parallelisierung mit der GPU (CUDA) ist möglich.

NWChem

Ein Programm zur effizienten Behandlung großer Probleme der Computerchemie.Es scheint, dass es auf die Ebene von Tausenden von Prozessoren parallelisiert werden kann.Das Innere ist in Fortan geschrieben und eine Parallelisierung mit der GPU (CUDA) ist möglich.Es nutzt seine massiv parallelen Berechnungen und verfügt über Stärken bei der Simulation von Übergangszuständen und großräumigen Molekülen.

psi4

Der Code ist leicht zu lesen, da Sie Berechnungen über die Python-Oberfläche durchführen können. Dies ist ideal für Python-Benutzer, die gerade mit dem Programmieren beginnen.Der Teil, der Berechnungsgeschwindigkeit erfordert, ist in C ++ geschrieben, es gibt jedoch keine GPU-Beschleunigung.

StattdessenPlugin "OpenFermion (Google)", das quantenchemische Berechnungen verbindet, damit sie auf Quantencomputern ausgeführt werden könnenKann mit kooperierenEs funktioniert mit dem Quantencomputer-Framework "Qiskit (IBM)"Machen. (Quantenchemische Berechnungen und kombinatorische Optimierungsprobleme sollen von höheren Geschwindigkeiten mit Quantencomputern profitieren.)

Welche ist schneller

Es gab einen Quantenchemie-Geschwindigkeitstest auf Github, der von Freiwilligen durchgeführt wurde.

Basierend auf den Ergebnissen von vor mehr als 4 Jahren kann es aufgrund von Faktoren wie der Ausführungsumgebung, dem Vorhandensein oder Fehlen einer parallelen Verwendung, internen BLAS usw. von der aktuellen abweichen, aber die Berechnungsgeschwindigkeit ist NWchem> Firefly > GAMESS> Psi4. ..

Anzahl der Referenzen und Zitate für jedes quantenchemische Berechnungsprogramm

Ich habe die Anzahl der Dokumente für jedes Programm überprüft.Die Anzahl der Treffer ist möglicherweise falsch. Bitte beziehen Sie sich darauf. Gauß hat verschiedene Versionen wie 03, 09, 16 und so weiter, also gibt es tatsächlich mehr.

Nachdem ich verschiedene Dinge oben verglichen hatte, dachte ich, dass die Bedingung mit der höchsten Priorität, für die Software verwendet werden soll, "ob Sie die gewünschte Berechnung durchführen können" sein sollte.Quantenchemische Berechnungen decken ein breites Spektrum von Bereichen ab, von organischen Verbindungen bis hin zu Proteinen und festen Materialien, und die Theorien, die für jede verwendet werden müssen, sind unterschiedlich (auf der Ebene B3LYP / 6-31G (d) für organische Verbindungen mit niedrigem bis mittlerem Molekulargewicht. Es schien, dass jede Software dies tun konnte, solange es berechnet wurde.)

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