คิว-เคมี
นักพัฒนา	บริษัท คิว-เคม อิงค์, ชุมชนนักพัฒนาของคิว-เคม
เวอร์ชันเสถียร	6.2.2 / 21 พฤศจิกายน 2024 ( 21 พฤศจิกายน 2024 )
เขียนเป็น	ฟอร์ทราน , ซี , ซี++
ระบบปฏิบัติการ	ลินุกซ์ , ฟรีบีเอสดี , ยูนิกและระบบปฏิบัติการที่คล้ายคลึงกัน , ไมโครซอฟต์ วินโดวส์ , แมคโอเอสเอ็กซ์
พิมพ์	เคมีควอนตัมแบบอะบิอินิซิโอ , ทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น , QM/MM , AIMD , เคมีเชิงคำนวณ
ใบอนุญาต	เชิงพาณิชย์, วิชาการ
เว็บไซต์	www.q-chem.com​​

Q-Chemเป็นแพ็กเกจโครงสร้างอิเล็กตรอนอเนกประสงค์^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}ที่มีวิธีการต่างๆ มากมายทั้งที่ได้รับการยอมรับและวิธีการใหม่ๆ ซึ่งนำมาใช้โดยใช้อัลกอริธึมที่ช่วยให้สามารถคำนวณระบบขนาดใหญ่ได้อย่างรวดเร็วบนสถาปัตยกรรมคอมพิวเตอร์ต่างๆ ใช้งานได้กับแล็ปท็อป เวิร์กสเตชันในห้องปฏิบัติการทั่วไป คลัสเตอร์ขนาดกลาง และการประมวลผลแบบคลาวด์และใช้ แนวทางที่อิงตาม ฟังก์ชันความหนาแน่นและ/หรือฟังก์ชันคลื่น มีอินเทอร์เฟซกราฟิกและตัวสร้างอินพุตแบบบูรณาการ มีฟังก์ชันและวิธีการหาความสัมพันธ์ให้เลือกมากมาย รวมถึงวิธีการสำหรับสถานะอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นและระบบแบบเปิดเปลือก แบบจำลองการละลาย และเครื่องมือวิเคราะห์ฟังก์ชันคลื่น นอกจากจะให้บริการ ชุมชน เคมีเชิงคำนวณ^{[ 5 ]}แล้ว Q-Chem ยังเป็นแพลตฟอร์มการพัฒนาโค้ดที่หลากหลายอีกด้วย

ซอฟต์แวร์ Q-Chem ได้รับการดูแลและจัดจำหน่ายโดย Q-Chem, Inc. ^{[ 6 ]}ซึ่งตั้งอยู่ที่เมืองเพลแซนตัน รัฐแคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา ก่อตั้งขึ้นในปี 1993 อันเป็นผลมาจากความขัดแย้งภายใน บริษัท Gaussianซึ่งนำไปสู่การออกจากบริษัท (และ "การแบน" ในเวลาต่อมา) ของJohn Popleและนักศึกษาและนักวิจัยหลังปริญญาเอกจำนวนหนึ่งของเขา (ดูข้อโต้แย้งเกี่ยวกับใบอนุญาต Gaussian ^{[ 7 ]} ) ^{[ 6 ] [ 8 ]}

บรรทัดแรกของโค้ด Q-Chem ถูกเขียนโดยPeter Gillซึ่งในขณะนั้นเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกของPopleในช่วงวันหยุดฤดูหนาว (ธันวาคม 1992) ในออสเตรเลีย ไม่นานนัก Gill ก็ได้ร่วมงานกับ Benny Johnson ( นักศึกษาปริญญาโทของ Pople ) และ Carlos Gonzalez (นักวิจัยหลังปริญญาเอกอีกคนของ Pople ) แต่คนหลังได้ออกจากบริษัทไปในเวลาไม่นานหลังจากนั้น ในช่วงกลางปี ​​1993 Martin Head-Gordonซึ่งเคยเป็น นักศึกษา ของ Popleแต่ในขณะนั้นกำลังอยู่ใน ช่วงการดำรงตำแหน่ง ที่ Berkeleyได้เข้าร่วมทีมพัฒนาทางวิชาการที่กำลังเติบโตขึ้น^{[ 6 ] [ 8 ]}

เพื่อเตรียมการสำหรับการวางจำหน่ายเชิงพาณิชย์ครั้งแรก บริษัทได้ว่าจ้าง Eugene Fleischmann เป็นผู้อำนวยการฝ่ายการตลาดและซื้อ URL www.q-chem.com ในเดือนมกราคม 1997 ผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ตัวแรก Q-Chem 1.0 วางจำหน่ายในเดือนมีนาคม 1997 โปสการ์ดโฆษณาเฉลิมฉลองการวางจำหน่ายด้วยพาดหัวข่าวที่น่าภาคภูมิใจว่า "ปัญหาที่เคยเป็นไปไม่ได้ ตอนนี้กลายเป็นเรื่องปกติแล้ว" อย่างไรก็ตาม เวอร์ชัน 1.0 มีข้อบกพร่องมากมาย และมีคนพูดติดตลกไว้ว่าคำว่า "เป็นไปไม่ได้" และ "ปกติ" น่าจะสลับกันได้! ^{[ 8 ]}อย่างไรก็ตาม การพัฒนาโค้ดอย่างแข็งขันยังคงดำเนินต่อไป และในปีต่อมา Q-Chem 1.1 ก็สามารถนำเสนอ ฟังก์ชัน ทางเคมีควอนตัม พื้นฐานส่วนใหญ่ ได้ เช่นเดียวกับรายการคุณสมบัติที่เพิ่มขึ้น (เช่น วิธีมัลติโพลแบบต่อเนื่องที่รวดเร็ว เอ็นจิ้นเมทริกซ์ J COLD PRISM สำหรับอินทิกรัล และฟังก์ชันความหนาแน่น G96 ) ซึ่งไม่มีในแพ็กเกจอื่นใด^{[ 6 ] [ 8 ]}

หลังจากความล้มเหลวเมื่อจอห์นสันลาออก บริษัทก็กระจายอำนาจมากขึ้น โดยสร้างและพัฒนาความสัมพันธ์กับกลุ่มวิจัยในมหาวิทยาลัยทั่วโลกมากขึ้นเรื่อยๆ ในปี 1998 ฟริตซ์ เชเฟอร์ตอบรับคำเชิญให้เข้าร่วมคณะกรรมการบริหาร และในช่วงต้นปี 1999 ทันทีที่ข้อตกลงไม่แข่งขันกับเกาส์เซียนหมดอายุจอห์น โปเพิลก็เข้าร่วมในฐานะกรรมการและนักพัฒนาโค้ด^{[ 6 ] [ 8 ]}

ในปี 2000 Q-Chem ได้ร่วมมือกับ Wavefunction Inc. ซึ่งนำไปสู่การนำ Q-Chem มาใช้เป็น กลไกการคำนวณแบบ ab initioในเวอร์ชันต่อๆ มาทั้งหมดของแพ็กเกจ Spartan คณะกรรมการบริหารของ Q-Chem ได้ขยายใหญ่ขึ้นในเดือนมีนาคม 2003 โดยมีAnna Krylovและ Jing Kong เข้าร่วม ในปี 2012 John Herbert เข้าร่วมคณะกรรมการ และFritz Schaeferกลายเป็นสมาชิกกิตติมศักดิ์ ปีต่อมา Shirin Faraji เข้าร่วมคณะกรรมการPeter Gillซึ่งดำรงตำแหน่งประธานของ Q-Chem มาตั้งแต่ปี 1988 ได้ลาออกจากตำแหน่ง และAnna Krylovได้เป็นประธานคนใหม่ ในปี 2022-2023 Yuezhi Mao และ Joonho Lee เข้าร่วมคณะกรรมการ ปัจจุบันคณะกรรมการบริหารที่ปฏิบัติหน้าที่อยู่ประกอบด้วย Lee, Mao, Faraji, Gill (อดีตประธาน), Herbert, Krylov (ประธาน) และ Hilary Pople ( ลูกสาว ของ John ) Martin Head-Gordonยังคงดำรงตำแหน่งที่ปรึกษาด้านวิทยาศาสตร์ของคณะกรรมการ^{[ 6 ] [ 8 ]}

ปัจจุบันมีการใช้งานใบอนุญาต Q-Chem หลายพันใบ และฐานผู้ใช้ของ Q-Chem ก็ขยายตัวอย่างต่อเนื่อง ดังที่แสดงให้เห็นจากบันทึกการอ้างอิงสำหรับเวอร์ชัน 2.0, 3.0 และ 4.0 ซึ่งมีจำนวนถึง 400 ครั้งต่อปีในปี 2016 (ดูรูปที่ 2) ^{[ 8 ]}

^{Q-Chem ถูกใช้เป็นกลไกในการ ศึกษา} ที่มีปริมาณงานสูง เช่นโครงการพลังงานสะอาด ของมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด [ ^{9 ]}ซึ่งมีการคำนวณประมาณ 350,000 ครั้งต่อวันบน IBM World Community Grid

อัลกอริทึมที่เป็นนวัตกรรมและแนวทางใหม่ๆ ในโครงสร้างอิเล็กตรอนได้ช่วยให้เกิดการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่ล้ำสมัย การเปลี่ยนแปลงนี้ จากโค้ดภายในองค์กรไปสู่เอนจิ้นโครงสร้างอิเล็กตรอนหลัก เกิดขึ้นได้เนื่องจากการมีส่วนร่วมจากผู้ร่วมงานทางวิทยาศาสตร์จำนวนมาก รูปแบบธุรกิจของ Q-Chem สนับสนุนการมีส่วนร่วมของนักพัฒนาอย่างกว้างขวาง Q-Chem กำหนดประเภทของมันว่าเป็นโอเพ่นทีมแวร์: ^{[ 8 ]}ซอร์สโค้ดของมันเปิดให้กลุ่มนักพัฒนาจำนวนมาก นอกจากนี้ โมดูลบางส่วนของ Q-Chem ยังถูกเผยแพร่เป็นโอเพ่นซอร์สอีกด้วย^{[ 8 ]} ตั้งแต่ปี 1992 มีการทุ่มเทเวลามากกว่า 400 ปี (ทั้งชายและหญิง) ให้กับการพัฒนาโค้ด Q-Chem 5.2.2 ซึ่งวางจำหน่ายในเดือนธันวาคม 2019 ประกอบด้วยโค้ด 7.5 ล้านบรรทัด ซึ่งรวมถึงการมีส่วนร่วมจากนักพัฒนาที่ใช้งานอยู่มากกว่า 300 คน (ปัจจุบันประมาณการไว้ที่ 312 คน) ^{[ 6 ] [ 8 ]}ดูรูปที่ 3

Q-Chem สามารถทำการคำนวณทางเคมีควอนตัมทั่วไปได้หลายอย่าง เช่นHartree–Fock , ทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (DFT) รวมถึง DFT ที่ขึ้นอยู่กับเวลา ( TDDFT ), ทฤษฎีการรบกวน Møller–Plesset (MP2), คลัสเตอร์คู่ (CC), สมการการเคลื่อนที่แบบคลัสเตอร์คู่ (EOM-CC), ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}ปฏิสัมพันธ์การกำหนดค่า (CI), การสร้างแผนภาพเชิงพีชคณิต (ADC) และวิธีการโครงสร้างอิเล็กตรอนขั้นสูงอื่นๆ Q-Chem ยังมี ฟังก์ชัน QM/MM ด้วย Q-Chem เวอร์ชัน 4.0 ขึ้นไปมาพร้อมกับอินเทอร์เฟซผู้ใช้แบบกราฟิก IQMol ซึ่งประกอบด้วยตัวสร้างอินพุตแบบลำดับชั้น ตัวสร้างโมเลกุล และความสามารถในการแสดงภาพทั่วไป (MOs, ความหนาแน่น, การสั่นสะเทือนของโมเลกุล, เส้นทางปฏิกิริยา ฯลฯ) IQMol ได้รับการพัฒนาโดย Andrew Gilbert (โดยประสานงานกับ Q-Chem) และเผยแพร่เป็นซอฟต์แวร์โอเพนซอร์สฟรี IQmol เขียนขึ้นโดยใช้ไลบรารี Qt ทำให้สามารถทำงานได้บนแพลตฟอร์มต่างๆ รวมถึง OS X, Windows และ Linux มีสภาพแวดล้อมที่ใช้งานง่ายสำหรับการตั้งค่า เรียกใช้ และวิเคราะห์การคำนวณ Q-Chem นอกจากนี้ยังสามารถอ่านและแสดงไฟล์ได้หลายรูปแบบ รวมถึงรูปแบบ checkpoint ที่มีการใช้งานอย่างแพร่หลาย รายการคุณสมบัติที่ครบถ้วนและเป็นปัจจุบันมีเผยแพร่บนเว็บไซต์ Q-Chem และในคู่มือผู้ใช้^{[ 6 ]}

นอกจากนี้ Q-Chem ยังเชื่อมต่อกับ WebMO และใช้เป็นกลไกการคำนวณในSpartanหรือเป็นส่วนหลังบ้านสำหรับCHARMM , GROMACS , NAMDและ ChemShell โปรแกรมแสดงผลข้อมูลแบบภาพอื่นๆ ที่ได้รับความนิยม เช่นJmolและMoldenก็สามารถใช้งานได้เช่นกัน

ในปี 2018 Q-Chem ได้ร่วมมือกับ BrianQC ซึ่งผลิตโดย StreamNovation, Ltd. BrianQC เป็นเอนจินคำนวณเชิงปริพันธ์ตัวใหม่ที่ใช้ประโยชน์จากพลังการคำนวณของ GPU ปลั๊กอิน BrianQC ช่วยเร่งความเร็วการคำนวณของ Q-Chem โดยใช้ประโยชน์จาก GPU บนสถาปัตยกรรมแบบผสม ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงสำหรับการจำลองโมเลกุลขนาดใหญ่และระบบที่ซับซ้อน BrianQC เป็นซอฟต์แวร์เคมีควอนตัมบน GPU ตัวแรกที่สามารถคำนวณออร์บิทัลโมเมนตัมเชิงมุมสูงได้

• สูตรยาแบบจำกัด แบบไม่จำกัด และแบบจำกัดที่มีเปลือกเปิด
• อนุพันธ์อันดับหนึ่งและอันดับสองเชิงวิเคราะห์สำหรับการปรับโครงสร้างทางเรขาคณิต การวิเคราะห์ความถี่ฮาร์มอนิก และพลศาสตร์โมเลกุลแบบ ab initio
• อัลกอริทึมที่มีประสิทธิภาพเพื่อการบรรจบกันอย่างรวดเร็ว
• มีตัวเลือกการทายผลหลากหลาย (รวมถึง MOM)

• ฟังก์ชันนัลหลากหลายประเภท ได้แก่ ฟังก์ชันนัลท้องถิ่น, GGA, mGGA, ไฮบริด, ดับเบิลไฮบริด, ฟังก์ชันนัลแก้ไขการกระจายตัว, ฟังก์ชันนัลแยกช่วง (พลังงานและอนุพันธ์อันดับหนึ่งและสองเชิงวิเคราะห์)
• สูตร TDDFT และ spin-flip-TDDFT (พลังงาน, เกรเดียนต์ และความถี่)
• DFT ที่ถูกจำกัด

• ฐานคู่
• การระบุตัวตน
• การแยกส่วนแบบโคลสกี้ของอินทิกรัลการผลักกันของอิเล็กตรอน
• วิธีมัลติโพลแบบต่อเนื่องเร็ว (CFMM)
• การคำนวณเชิงตัวเลขอย่างรวดเร็วของการแลกเปลี่ยน-ความสัมพันธ์ด้วย mrXC (การแลกเปลี่ยน-ความสัมพันธ์แบบหลายระดับความละเอียด)
• วิธีการแลกเปลี่ยน HF แบบปรับขนาดเชิงเส้น (LinK)
• วิธีการคูลอมบ์แบบแปลงฟูริเยร์ (FTC)
• ปริซึมเย็นและเอนจิ้นเมทริกซ์ J
• การคำนวณเลขคณิตความแม่นยำผสมสำหรับวิธีการที่เกี่ยวข้องกัน^{[ 13 ]}

• MP2 ^{[ 14 ] [ 15 ]} (รวมถึง RI-MP2, ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}พลังงานและเกรเดียนต์เชิงวิเคราะห์)
• SCS, SOS-MP2 และ OO-MP2
• CCD, QCISD , CCSD, OOCCD, VOOCCD
• การแก้ไข (T), (2), (dT) และ (fT)
• วิธีการ EOM-XX-CCSD สำหรับสปีชีส์แบบเปิดเปลือกและแบบกระตุ้นทางอิเล็กตรอน (XX=EE, SF, IP, EA, DIP, DEA, 2SF; พลังงาน คุณสมบัติ และเกรเดียนต์สำหรับวิธีการส่วนใหญ่) ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}รวมถึงตัวแปรค่าเชิงซ้อนสำหรับการจัดการเรโซแนนซ์ (สถานะกึ่งเสถียรเมื่อเทียบกับการแยกอิเล็กตรอน) ^{[ 13 ]}
• การขยาย DFT และวิธีการหลายอนุภาคเพื่อจัดการกับสถานะระดับแกนกลางและสเปกโทรสโกปีที่เกี่ยวข้อง^{[ 19 ]}
• วิธีการ ADC
• วิธี CIS, TDDFT, CIS(D) และ SOS-CIS(D) สำหรับสถานะกระตุ้น
• แบบจำลองตัวทำละลายโดยปริยายที่หลากหลาย
• เครื่องมือวิเคราะห์ฟังก์ชันคลื่นที่เปิดใช้งานโดย libwfa ซึ่งพัฒนาโดย Felix Plasser และเพื่อนร่วมงาน^{[ 20 ]}

• อินเทอร์เฟซJanus QM/MM
• แบบจำลองอะตอมหยินหยางที่ไม่มีอะตอมเชื่อมต่อกัน
• แบบจำลอง ONIOM
• วิธี EFP (รวมถึงไลบรารีของแฟรกเมนต์ที่มีประสิทธิภาพ อินเทอร์เฟซ EFP กับ CC/EOM, DFT/TDDFT และวิธีอื่นๆ) ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}

ตั้งแต่ Q-Chem เวอร์ชัน 2.0 เป็นต้นไป จะแสดงเฉพาะเวอร์ชันหลักเท่านั้น

• Q-Chem 1.0: มีนาคม 2540
• 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: กุมภาพันธ์ 2555
• Q-Chem 5.0: มิถุนายน 2560
• Q-Chem 5.2.2: ธันวาคม 2019
• Q-Chem 5.3.2: ธันวาคม 2020
• Q-Chem 5.4: มิถุนายน 2021
• Q-Chem 5.4.1: สิงหาคม 2564
• Q-Chem 5.4.2: ธันวาคม 2021
• Q-Chen 6.0: กรกฎาคม 2565
• Q-Chem 6.1.0: ธันวาคม 2022
• Q-Chem 6.1.1: ธันวาคม 2023
• Q-Chem 6.2.0: พฤษภาคม 2024
• Q-Chem 6.2.2: พฤศจิกายน 2024

• บริษัท คิว-เคม อิงค์
• ไอคิวมอล
• อินเทอร์เฟซกราฟิก Spartan ของ Wavefunction, Inc. สามารถเข้าถึงและรวมเอาเครื่องมือคำนวณ Q-Chem ไว้ด้วย
• เว็บโม
• ไบรอันคิวซี