พีคิวเอส
นักพัฒนา	โซลูชันควอนตัมคู่ขนาน
เวอร์ชันเสถียร	PQS ab initio v. 4.0
ระบบปฏิบัติการ	ลินุกซ์ , ไมโครซอฟต์ วินโดวส์ , แมคโอเอส
ใบอนุญาต	ทางการค้า
เว็บไซต์	www.pqs-chem.com​​

PQS เป็นโปรแกรม เคมีควอนตัมอเนกประสงค์มีรากฐานมาจากโปรแกรมคำนวณเกรเดียนต์แบบ ab initio ตัวแรกที่พัฒนาโดยกลุ่มของศาสตราจารย์Peter Pulayแต่ปัจจุบันได้รับการพัฒนาและจัดจำหน่ายในเชิงพาณิชย์โดย Parallel Quantum Solutions มีการลดต้นทุนสำหรับผู้ใช้ในสถาบันการศึกษาและมีใบอนุญาตใช้งานแบบไซต์ไลเซนส์ จุดเด่นของมันคือการปรับแต่งรูปทรงเรขาคณิตการคำนวณค่าการเลื่อนทางเคมีของ NMR และการคำนวณ MP2 ขนาดใหญ่ รวมถึงประสิทธิภาพการประมวลผลแบบขนานสูงบนคลัสเตอร์คอมพิวเตอร์ มันยังมีความสามารถอื่นๆ อีกมากมาย เช่นทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นวิธีการกึ่งเชิงประจักษ์MINDO /3, MNDO , AM1และPM3 กลศาสตร์โมเลกุลโดยใช้ฟิลด์แรงSYBYL 5.0 วิธีการผสมกลศาสตร์ควอนตัม/กลศาสตร์โมเลกุลโดยใช้วิธีONIOM การวิเคราะห์ ออร์บิทัลพันธะธรรมชาติ (NBO) และแบบจำลองการละลาย COSMO เมื่อเร็วๆ นี้ ได้มีการพัฒนาโค้ด CCSD(T)แบบขนานที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับระบบเปลือกปิด โค้ดนี้ประกอบด้วยวิธีการอื่นๆ อีกมากมายที่พัฒนาต่อยอดจากวิธี Hartree–Fock เช่นMP2 , MP3 , MP4 , CISD , CEPA , QCISDและอื่นๆ

โปรแกรม PQS ได้รับการพัฒนาโดย Meyer และPulayในช่วงปลายทศวรรษ 1960 ทั้งคู่ทำงานอยู่ที่สถาบันฟิสิกส์และดาราศาสตร์ Max-Planck ในมิวนิก เมื่อพวกเขาเริ่มเขียนโปรแกรมab initio ใหม่ ^{[ 1 ]}จุดประสงค์หลักคือการสร้างเทคนิค ab initio ใหม่ Pulay และ Meyer มีความสนใจที่แตกต่างกันเล็กน้อย^{[ 1 ]} Pulay สนใจในการนำการปรับรูปทรงเรขาคณิตแบบไล่ระดับ อนุพันธ์พลังงานเชิงวิเคราะห์ (แรง) และการคำนวณค่าคงที่แรงผ่านการหาอนุพันธ์เชิงตัวเลขของแรงเชิงวิเคราะห์มาใช้ ในขณะที่ Meyer สนใจการประมาณคู่อิเล็กตรอนที่เชื่อมโยงกัน (CEPA) การคำนวณความหนาแน่นของสปิน และวิธีการสัมพันธ์ที่แม่นยำอย่างยิ่ง เช่น ปฏิสัมพันธ์การกำหนดค่าวงโคจรเทียมธรรมชาติ (PNO-CI) ^{[ 1 ]}ในเวลานั้น การไล่ระดับเชิงวิเคราะห์ถูกจำกัดไว้ที่ฟังก์ชันคลื่น Hartree-Fock แบบเปลือกปิด อย่างไรก็ตาม พวกเขาสามารถทำได้สำหรับวิธีการแบบไม่จำกัด (UHF) และแบบจำกัดแบบเปิดเปลือก (ROHF) ในปี 1970 เวอร์ชันแรกของโค้ดเสร็จสมบูรณ์ในปี 1969 ที่สถาบัน Max-Planck และมหาวิทยาลัย Stuttgartจากนั้น Meyer ตั้งชื่อว่า “ MOLPRO ” และใช้ชุดฐาน Gaussian lobe ^{[ 1 ]}ในช่วงทศวรรษ 1970 เวอร์ชันปัจจุบันของMOLPROได้เพิ่มวิธีการขั้นสูงจำนวนหนึ่ง เช่น multiconfiguration self-consistent field (MC-SCF) และ internally contracted multireference configuration interaction (MR-CI) ในขณะเดียวกัน ในช่วงทศวรรษ 1980 MOLPROได้รับการขยายและเขียนใหม่ส่วนใหญ่โดยHans-Joachim Werner , Peter Knowles และเพื่อนร่วมงานของ Meyer ^{[ 1 ]}

ในขณะเดียวกัน ในปี 1976 ปูเลย์ได้ไปเยี่ยมบ็อกส์ที่มหาวิทยาลัยเท็กซัส ออสตินและ เชเฟอร์ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียพวกเขาเขียนโปรแกรมใหม่ชื่อ TEXAS โดยอิงจาก MOLPRO ดั้งเดิม และแทนที่ฟังก์ชัน Gaussian lobe ด้วยฟังก์ชัน Gaussian มาตรฐาน^{[ 1 ]} TEXAS เน้นโมเลกุลขนาดใหญ่ การบรรจบกันของ SCF เทคนิคการเพิ่มประสิทธิภาพทางเรขาคณิต และการคำนวณที่เกี่ยวข้องกับสเปกโทรสโกปีการสั่นสะเทือน ตั้งแต่ปี 1982 เป็นต้นไป โปรแกรมนี้ได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมที่มหาวิทยาลัยอาร์คันซอ^{[ 1 ]}

การขยายตัวที่สำคัญหลักๆ คือการใช้วิธี การหาความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนแบบใหม่โดย Saebo และโปรแกรม MC-SCF ลำดับแรกโดย Hamilton ทางเลือกที่สำคัญคือการนำโปรแกรม NMR ของวงโคจรอะตอมที่ไม่ขึ้นกับเกจ (GIAO) ที่ใช้งานได้จริงเป็นครั้งแรกมาใช้โดย Wolinski ซึ่งยังรวมถึงแพ็คเกจอินทิกรัลที่มีประสิทธิภาพสูงอีกด้วย^{[ 1 ]} Bofill ได้ดำเนินการโปรแกรมพื้นที่ใช้งานที่สมบูรณ์ของวงโคจรธรรมชาติที่ไม่ถูกกีดขวาง (UNO-CAS) ซึ่งรวมถึงการไล่ระดับเชิงวิเคราะห์ นี่เป็นทางเลือกที่มีต้นทุนต่ำกว่า MC-SCF และทำงานได้ดีเช่นเดียวกันในกรณีส่วนใหญ่ TEXAS ได้รับการขนานกันครั้งแรกในปี 1995–1996 บนคลัสเตอร์ของเวิร์กสเตชัน IBM RS6000 จำนวน 10 เครื่อง^{[ 1 ]}

ในปี 1996 เบเกอร์ได้เข้าร่วมกับปูลาย และในเวลาเดียวกันนั้นเอง อินเทลได้เปิดตัวPentium Proซึ่งเป็นโปรเซสเซอร์สำหรับพีซีที่สามารถแข่งขันกับเวิร์กสเตชันระดับล่างได้ และมีราคาถูกกว่าประมาณหนึ่งลำดับขนาด ด้วยความเข้าใจถึงศักยภาพของการปรับปรุงนี้สำหรับเคมีเชิงคำนวณจึงได้มีการก่อตั้ง PQS ขึ้น และได้ยื่นขอทุน SBIR ในเดือนกรกฎาคม 1997 เพื่อการพัฒนาเชิงพาณิชย์ของคลัสเตอร์พีซีสำหรับการคำนวณ ab initio แบบขนาน^{[ 1 ]}ในขณะเดียวกัน กลุ่มของปูลาย ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ ได้เริ่มสร้างคลัสเตอร์ Linux โดยใช้โปรเซสเซอร์ Pentium II 300 MHz ด้วยความโชคดี มีนักศึกษาปริญญาโทที่มีความสามารถและเชี่ยวชาญด้านพีซีอยู่บ้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Magyarfalvi และ Shirel ^{[ 1 ]}คลัสเตอร์พีซีประสบความสำเร็จอย่างสมบูรณ์ และมีประสิทธิภาพเหนือกว่าคลัสเตอร์เวิร์กสเตชัน IBM ซึ่งเป็นหัวใจหลักในการคำนวณของกลุ่มอย่างมาก ด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่ามาก^{[ 1 ]}

การเขียนโปรแกรม PQS ได้รับการสาธิตบนโค้ด TEXAS และบางส่วนของโค้ด โดยเฉพาะโค้ด NMR ได้รับอนุญาตให้ PQS จากมหาวิทยาลัยอาร์คันซอ^{[ 1 ]}โค้ดส่วนใหญ่ได้รับการเปลี่ยนแปลงอย่างกว้างขวางเพื่อให้สอดคล้องกับประเด็นสำคัญสองประการคือ (ก) มีฟังก์ชันหลักทั้งหมดแบบขนานอย่างสมบูรณ์ และ (ข) มีความสามารถในการคำนวณบนระบบขนาดใหญ่ได้อย่างสม่ำเสมอ^{[ 1 ]}พวกเขามุ่งเน้นที่ระดับการขนานที่ไม่สูงมากนัก (ตั้งแต่ 8 ถึง 32 CPU) เนื่องจากนี่คือขนาดที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางที่สุดสำหรับทรัพยากรของแต่ละบุคคลหรือกลุ่ม อันที่จริง แม้แต่ในคลัสเตอร์ขนาดใหญ่มาก ก็เป็นเรื่องปกติที่ผู้ใช้แต่ละรายจะได้รับการจัดสรรโปรเซสเซอร์เพียงเปอร์เซ็นต์ของโปรเซสเซอร์ที่มีอยู่^{[ 1 ]}

ความสามารถพื้นฐานในพลังงานสัมพันธ์ระดับสูงสำหรับ PQS ab initio v. 4.0 ประกอบด้วย ฟังก์ชันคลื่น MP3 , MP4 , CID , CISD , CEPA-0 , CEPA-2 , QCISD , QCISD(T) , CCD , CCSDและCCSD(T) ; การเพิ่มประสิทธิภาพเรขาคณิตแบบบังคับ (ใช้เพื่อจำลองผลลัพธ์ของการทดลอง Atomic Force Microscopy (AFM) เป็นต้น); พลังงาน UMP2 ที่แม่นยำเต็มรูปแบบและแคนอนิก และค่าโพลาไรเซชันและไฮเปอร์โพลาไรเซชันเชิงวิเคราะห์สำหรับฟังก์ชันคลื่น HF และ DFT ^{[ 2 ]}

• ชุดโปรแกรมคำนวณปริพันธ์เกาส์เซียนแบบเวกเตอร์ที่มีประสิทธิภาพ ช่วยให้สามารถใช้ฟังก์ชันพื้นฐานที่มีโมเมนตัมเชิงมุมสูงและการคำนวณแบบหดตัวทั่วไปได้
• สมมาตรกลุ่มจุดอาเบเลียนตลอดทั้งระบบ ใช้สมมาตรกลุ่มจุดเต็มรูปแบบ (จนถึง Ih) สำหรับขั้นตอนการปรับรูปทรงเรขาคณิตและเมทริกซ์เฮสเซียน (อนุพันธ์อันดับ 2) CPHF
• พลังงานและเกรเดียนต์ SCF สำหรับระบบเปลือกปิด (RHF) และเปลือกเปิด (UHF) รวมถึงตัวเลือกการคาดเดาฟังก์ชันคลื่นเริ่มต้นหลายแบบ การลู่เข้าของ SCF ที่ดีขึ้นสำหรับระบบเปลือกเปิด
• พลังงานและเกรเดียนต์ของฟังก์ชันความหนาแน่นแบบปิดเปลือก (RHF) และแบบเปิดเปลือก (UHF) รวมถึงฟังก์ชันแลกเปลี่ยน-ความสัมพันธ์ที่นิยมใช้ทั้งหมด: VWN, B88, OPTX, LYP, P86, PW91, PBE, B97, HCTH, B3LYP และสร้างฟังก์ชันของคุณเอง ฯลฯ
• คำนวณพลังงานและเกรเดียนต์ DFT บริสุทธิ์ได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำสำหรับชุดฐานขนาดใหญ่โดยใช้วิธี Fourier Transform Coulomb (FTC)
• การเพิ่มประสิทธิภาพทางเรขาคณิตที่มีประสิทธิภาพและปรับเปลี่ยนได้สำหรับวิธีการเหล่านี้ทั้งหมด รวมถึงอัลกอริธึม Eigenvector Following (EF) สำหรับการลดค่าและการค้นหาจุดอานม้า อัลกอริธึม GDIIS ของ Pulay สำหรับการลดค่า การใช้พิกัดคาร์ทีเซียน เมทริกซ์ Z และพิกัดภายในแบบกระจาย รวมถึงพิกัดใหม่สำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพกลุ่มโมเลกุลและการดูดซับ/ปฏิกิริยาบนพื้นผิวแบบจำลองอย่างมีประสิทธิภาพ^{[ 3 ]}
• ข้อจำกัดทางเรขาคณิตที่ครอบคลุมทุกด้าน รวมถึงระยะห่างคงที่ การโค้งงอในระนาบ การบิด และการโค้งงอนอกระนาบระหว่างอะตอมใดๆ ในโมเลกุล และอะตอมที่ตรึงอยู่กับที่ อะตอมที่เกี่ยวข้องในข้อจำกัดไม่จำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อกันอย่างเป็นทางการ และ – ต่างจากเมทริกซ์ Z – ข้อจำกัดที่ต้องการไม่จำเป็นต้องเป็นไปตามรูปทรงเรขาคณิตเริ่มต้น
• บริษัทสาขาที่สองที่อธิบายรายละเอียดสำหรับระบบเหล่านี้ทั้งหมด รวมถึงการคำนวณความถี่การสั่น ความเข้มของ IR และการวิเคราะห์ทางเทอร์โมไดนามิก^{[ 3 ]}
• ค่าการเลื่อนทางเคมีของ NMR ที่มีประสิทธิภาพสำหรับฟังก์ชันคลื่น HF และ DFT แบบปิดเปลือกอิเล็กตรอน
• ศักยภาพแกนกลางที่มีประสิทธิภาพ (ECPs) ครอบคลุมทุกช่วง ทั้งแบบสัมพัทธภาพและไม่สัมพัทธภาพ พร้อมด้วยพลังงาน ความชัน อนุพันธ์อันดับสองเชิงวิเคราะห์ และ NMR
• พลังงาน MP2 แบบปิดเปลือกและอนุพันธ์เชิงวิเคราะห์ และพลังงาน MP2 แบบฐานคู่; อนุพันธ์อันดับสอง MP2 เชิงตัวเลข
• การสแกนที่เป็นไปได้ รวมถึงการสแกนและการปรับให้เหมาะสมของตัวแปรอิสระอื่นๆ ทั้งหมด
• เส้นทางปฏิกิริยา (IRC) ที่ใช้พิกัดเมทริกซ์ Z, พิกัดคาร์ทีเซียน หรือพิกัดคาร์ทีเซียนถ่วงน้ำหนักมวล
• แบบจำลองการคัดกรองการละลายแบบตัวนำ (COSMO) ซึ่งรวมถึงพลังงาน การไล่ระดับเชิงวิเคราะห์ อนุพันธ์อันดับสองเชิงตัวเลข และ NMR
• การวิเคราะห์ประชากร รวมถึงอันดับพันธะและวาเลนซีอะตอม (พร้อมวาเลนซีอิสระสำหรับระบบที่มีอิเล็กตรอนเดี่ยว); ประจุ CHELP และ Cioslowski
• การวิเคราะห์ลำดับพันธะธรรมชาติ (NBO) ของ Weinhold ซึ่งรวมถึงการวิเคราะห์ประชากรธรรมชาติและการวิเคราะห์เชิงโครงสร้าง
• โมดูลคุณสมบัติที่มีประจุ ความหนาแน่นสปิน และการไล่ระดับสนามไฟฟ้าที่นิวเคลียส
• ค่าสภาพขั้วและอนุพันธ์ของไดโพลและสภาพสภาพขั้ว; ความเข้มของรามาน
• ชุดโปรแกรมเชิงประจักษ์แบบเต็มรูปแบบ ทั้งพลังงานและค่าความชันแบบเปิด (ไม่จำกัด) และแบบปิด รวมถึง MINDO/3, MNDO, AM1 และ PM3 สำหรับ PM3 นั้น ได้มีการกำหนดพารามิเตอร์ของธาตุหมู่หลักทั้งหมดจนถึงแถวที่สี่ (ยกเว้นก๊าซเฉื่อย) รวมถึงสังกะสีและแคดเมียมแล้ว
• กลศาสตร์โมเลกุลโดยใช้ Sybyl 5.2 และฟิลด์แรง UFF
• QM/MM โดยใช้วิธี ONIOM
• การจำลองพลศาสตร์โมเลกุลโดยใช้อัลกอริทึม Verlet แบบง่าย
• รูปแบบการป้อนข้อมูลแบบ Pople สำหรับการสร้างข้อมูลป้อนเข้าอย่างรวดเร็วและความเข้ากันได้กับโปรแกรมอื่นๆ
• การสร้างและการแสดงผลข้อมูลกราฟิก
• ฟังก์ชันหลักทั้งหมดของ ab initio ทำงานแบบขนานอย่างสมบูรณ์ (ยกเว้นการไล่ระดับ MP2 ซึ่งทำงานแบบอนุกรมเท่านั้น - เวอร์ชันขนานอยู่ระหว่างการพัฒนา)
• คำนวณโครงสร้างโมเลกุลและสเปกตรัมการสั่นสำหรับสถานะการเปลี่ยนผ่าน อินฟราเรด (IR) รามาน และไดโครอิซึมแบบวงกลมการสั่น (VCD) ^{[ 4 ]}

• โซลูชันควอนตัมคู่ขนาน