Qbox

Qbox es un paquete de software para simulaciones a escala atómica de moléculas , líquidos y sólidos . Implementa la dinámica molecular de primeros principios (o ab initio ) , un método de simulación en el que las fuerzas interatómicas se derivan de la mecánica cuántica . Existe una versión para FreeBSD . ^{[ 1 ]} Es software libre y de código abierto, publicado bajo la Licencia Pública General GNU (GPL). La documentación se encuentra en qboxcode.org. ^{[ 2 ]}

• Dinámica molecular de Born-Oppenheimer en el ensamble microcanónico (NVE) o canónico (NVT)
• dinámica molecular de Car-Parrinello
• Dinámica molecular restringida para la integración termodinámica
• Cálculo eficiente de funciones de Wannier máximamente localizadas
• Aproximaciones GGA y de la función de densidad híbrida (LDA, PBE, SCAN, PBE0, B3LYP, HSE06, ...)
• Estructura electrónica en presencia de un campo eléctrico constante.
• Cálculo de la polarizabilidad electrónica
• Respuesta electrónica a potenciales externos arbitrarios
• Espectroscopia infrarroja y Raman

Qbox calcula trayectorias de dinámica molecular de átomos usando las ecuaciones de movimiento de Isaac Newton , con fuerzas derivadas de cálculos de estructura electrónica realizados usando la teoría del funcional de la densidad . Las simulaciones pueden realizarse dentro de la aproximación de Born-Oppenheimer o usando dinámica molecular de Car-Parrinello . El estado fundamental electrónico se calcula en cada paso de tiempo resolviendo las ecuaciones de Kohn-Sham . Se pueden usar varios niveles de aproximaciones de la teoría del funcional de la densidad, incluyendo la aproximación de densidad local (LDA), la aproximación de gradiente generalizado (GGA) o funcionales híbridos que incorporan una fracción de la energía de intercambio de Hartree-Fock . Las funciones de onda electrónicas se expanden usando el conjunto de base de ondas planas . La interacción electrón-ión está representada por pseudopotenciales .

• Propiedades electrónicas de nanopartículas, ^{[ 3 ]} o soluciones acuosas ^{[ 4 ]}
• Paisaje de energía libre de las moléculas ^{[ 5 ]}
• Espectros infrarrojos y Raman del hidrógeno a alta presión ^{[ 6 ]}
• Propiedades de las interfaces sólido-líquido ^{[ 7 ]}

Qbox está escrito en C++ e implementa el paralelismo utilizando tanto la interfaz de paso de mensajes (MPI) como la interfaz de programación de aplicaciones OpenMP . Utiliza las bibliotecas BLAS , LAPACK , ScaLAPACK , FFTW y Apache Xerces . Qbox fue diseñado ^{[ 8 ]} para operar en supercomputadoras masivamente paralelas como IBM Blue Gene o Cray XC40 . En 2006, se utilizó para establecer un récord de rendimiento ^{[ 9 ]} en la computadora BlueGene/L instalada en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore .

La funcionalidad de Qbox se puede mejorar acoplándola con otros programas de simulación mediante un modelo cliente-servidor . Algunos ejemplos de funcionamiento acoplado de Qbox son:

• Cálculos de energía libre : acoplados con el paquete de software para simulaciones de conjuntos avanzados (SSAGES).
• Cálculos de energía de cuasipartículas : acoplados con el paquete de software de perturbación de muchos cuerpos WEST.
• Simulaciones cuánticas de integral de trayectoria : acopladas con el motor de fuerza universal i-PI.

• Lista de software de química cuántica y física del estado sólido
• Teoría del funcional de la densidad

• Sitio web oficial
• Qboxcode en GitHub