量子化学および固体物理計算ソフトの一覧とは？わかりやすく解説

量子化学計算ソフト（りょうしかがくけいさんソフト）は、量子化学的手法を実装したソフトウェアのこと。計算化学の分野において利用される。

大半のプログラムがハートリー-フォック法(HF法)といくつかのポスト-ハートリー-フォック法(Post-HF法)を含んでいる。密度汎関数理論(DFT)や分子力学法、半経験的分子軌道法が利用できるものもある。オープンソースソフトウェアもあれば、商用ソフトウェアもある。多くのプログラムが大規模でかつ複数のプログラムに分かれており、長年開発が続けられてきたものである。

一覧

各ソフトウェアパッケージの適用範囲を示す。

パッケージ名	ライセンス^{[注釈 1]}	プログラミング言語	基底関数	周期系^{[注釈 2]}	分子力学法	半経験的手法	HF法	Post-HF法	DFT	GPU（英語版）	出典
ABINIT	フリー, GPL	FORTRAN	PW	3d	Yes	No	No	No	Yes	Yes
ACES（英語版）	フリー, GPL	FORTRAN, C++	GTO	No	No	No	Yes	Yes	Yes	Yes
AMPAC	アカデミック	不明	不明	不明	No	Yes	No	No	No	No
Ascalaph Designer（英語版）
ADF	商用	FORTRAN	STO	Any	Yes	Yes^{[注釈 3]}	Yes	No	Yes	Yes
AIMPRO
ATOMCI	フリー	FORTRAN, FPL	STO,GTO	No	No	No	Yes	Yes	No	No	^[1]
Atomistix ToolKit（英語版） (ATK)	商用	C++, Python	NAO, EHT	3d^{[注釈 4]}	Yes	Yes	No	No	Yes	No
BigDFT（英語版）^{[注釈 5]}	フリー, GPL	FORTRAN	ウェーブレット	2d,3d	不明	不明	Yes	不明	Yes	Yes	^[2]^[3]^[4]^[5]^[6]
CADPAC（英語版）	アカデミック	FORTRAN	GTO	No	No	No	Yes	Yes	Yes	No
CASINO（英語版） (QMC)	アカデミック	FORTRAN	GTO, PW, スプライン, グリッド, STO	Any	No	No	Yes	Yes	No	No
CASTEP（英語版）	アカデミック (UK), 商用	FORTRAN, FORTRAN	PW	3d	Yes	No	Yes^{[注釈 6]}	No	Yes	No
CFOUR（英語版）	アカデミック	FORTRAN	GTO	No	No	No	Yes	Yes	No	No
COLUMBUS（英語版）	アカデミック	FORTRAN	GTO	No	No	No	Yes	Yes	No	No
CONQUEST（英語版）	アカデミック	FORTRAN	NAO, スプライン	3d	Yes	No	Yes^{[注釈 6]}	No	Yes	No
CP2K	フリー, GPL	FORTRAN	Hybrid GTO, PW	Any	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes, CUDA, OpenCL
CMPD	フリー, CPMD Free License		PW	3d					Yes		^[7]^[8]^[9]
CRYSTAL	アカデミック (UK), 商用 (IT)	FORTRAN	GTO	Any	Yes	No	Yes	Yes^{[注釈 7]}	Yes	No
DACAPO（英語版）	フリー, GPL ^{[注釈 8]}	FORTRAN	PW	3d	Yes	No	No	No	Yes	No
Dalton（英語版）	アカデミック	FORTRAN	GTO	No	No	No	Yes	Yes	Yes	No
deMon2k	アカデミック, 商用	FORTRAN	GTO	No	Yes	No	No	No	Yes	No
Deneb
DFTB+	アカデミック, 商用	FORTRAN	NAO	Any	Yes	Yes	No	No	No	No
DFT++	フリー, GPL	C++	PW, ウェーブレット	3d	Yes	No	No	No	Yes	No
DIRAC	アカデミック	FORTRAN, FORTRAN, C言語	GTO	No	No	No	Yes	Yes	Yes	No
DMol3（英語版）	商用	FORTRAN	NAO	Any	No	No	No	No	Yes	No
ELK（英語版）	フリー, GPL	FORTRAN	FP-LAPW	3d	No	No	Yes	No	Yes	No
Empire	アカデミック, 商用	FORTRAN	STO (最小基底)	Any	No	Yes	No	No	No	No
EPW^{[注釈 9]}	フリー, GPL	FORTRAN	PW	2d, 3d	No	No	No	No	Yes	No
ErgoSCF	フリー, GPL	C++	GTO	No	No	No	Yes	No	Yes	No
ERKALE	フリー, GPL	C++	GTO	No	No	No	Yes	No	Yes	No
EXCITING	フリー, GPL	FORTRAN	FP-LAPW	3d	No	No	Yes	No	Yes	No
FLEUR	アカデミック	FORTRAN	FP-(L)APW+lo	1d, 2d, 3d	No	No	Yes	Yes	Yes	No
FHI-aims	アカデミック, 商用	FORTRAN	NAO	Any	Yes	No	Yes	Yes	Yes	Yes
Fireball
FPLO ^{[注釈 10]}	商用	FORTRAN, C++, Perl	LO+NAO (最小基底)	Any	No	No	No	No	Yes	No
FreeON（英語版）	フリー, GPL	FORTRAN	GTO	Any	Yes	No	Yes	Yes	Yes	No
FSatom
Firefly, PC GAMESS	アカデミック	FORTRAN, C言語, アセンブリ言語	GTO	No	Yes^{[注釈 11]}	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
GAMESS (UK)	アカデミック (UK), 商用	FORTRAN	GTO	No	No	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
GAMESS (US)	アカデミック	FORTRAN	GTO	No	Yes^{[注釈 12]}	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
GAUSSIAN	商用	FORTRAN	GTO	Any	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
GPAW	フリー, GPL	Python, C言語	Grid, NAO, PW	Any	Yes	No	Yes^{[注釈 6]}	No	Yes	Yes
HiLAPW	不明	不明	FLAPW	3d	No	No	No	No	Yes	No
HORTON（英語版）	フリー, GPL	Python, C++	GTO	No	No	No	Yes	Yes	Yes	No
HyperChem	商用	C++	STO, GTO	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	No
Jaguar（英語版）	商用	FORTRAN, C言語	GTO	No	Yes	No^{[注釈 13]}	Yes	Yes	Yes	No
JDFTx	フリー, GPL	C++	PW	3d	No	No	Yes	No	Yes	Yes, CUDA
LOWDIN	アカデミック	FORTRAN	GTO	No	Yes	No	Yes	Yes	Yes	No
MADNESS（英語版）	フリー, GPL	C++	ウェーブレット	No	No	No	Yes	Yes	Yes	No
MAPS
MISSTEP	フリー, GPL	C++	PW	No	No	No	No	No	Yes	No
MOLCAS	アカデミック, 商用^[11]	FORTRAN, C言語, C++, Python, Perl	GTO	No	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
MolDS	フリー, GPL	C++	STO, GTO	No	No	Yes	No	No	No	No
MOLGW	フリー, GPL	FORTRAN	GTO	No	No	No	Yes	Yes	Yes	No
MOLPRO（英語版）	商用	FORTRAN	GTO	No	No	No	Yes	Yes	Yes	No
MONSTERGAUSS	フリー	FORTRAN	GTO	No	No	No	Yes	Yes	No	No
MOPAC	アカデミック, 商用	FORTRAN	GTO (最小基底)	Any	No	Yes	No	No	No	Yes
MPQC（英語版）	フリー, GPL	C++	GTO	No	No	No	Yes	Yes	Yes	No
Newton-X（英語版）
NRLMOL	不明	FORTRAN	GTO	No	No	No	No	No	Yes	No
NTChem		FORTRAN	GTO	No	No	No	Yes	Yes	Yes	No
NWChem（英語版）	フリー, ECL（英語版） v2	FORTRAN, C言語	GTO, PW	Any (PW), No (GTO)	Yes	No	Yes	Yes	Yes	Yes, CUDA
Octopus	フリー, GPL	FORTRAN, C言語	Grid	Any	Yes	No	Yes	No	Yes	Yes, CUDA, OpenCL
ONETEP（英語版）	アカデミック (UK), 商用	FORTRAN	PW	3d	Yes	No	Yes^{[注釈 6]}	No	Yes	Yes, CUDA
OpenAtom（英語版）	アカデミック	Charm++（英語版） (C++)	PW	3d	Yes	No	No	No	Yes	No
OpenMX	フリー, GPL	C言語	NAO	3d	Yes	No	No	No	Yes	No
ORCA	アカデミック	C++	GTO	No	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	No
PAICS ^{[注釈 14]}	ノンフリー	C言語					Yes	Yes			^[12]^[13]
ParaGauss
PARATEC（英語版）
PARSEC（英語版）	フリー, GPL	FORTRAN	Grid	Any	Yes	No	Yes	No	Yes	No
Petot
PLATO（英語版）	アカデミック	不明	NAO	Any	Yes	No	No	No	Yes	No
PQS（英語版）	商用	不明	不明	不明	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	No
Priroda-06	アカデミック	C言語	GTO	No	No	No	Yes	Yes	Yes	No
PSI	フリー, GPL	C言語, C++, Python	GTO	No	No	No	Yes	Yes	Yes	No
PUPIL	フリー, GPL	FORTRAN, C言語	GTO, PW	Any	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
PWmat	商用	FORTRAN	PW	3d	Yes	No	Yes	Yes	Yes	Yes
PWPAW（英語版）
PWscf（英語版）^{[注釈 9]}	フリー, GPL	FORTRAN	PW	3d	No	No	Yes	No	Yes	No
PyQuante（英語版）	フリー, BSDライセンス	Python	GTO			Yes	Yes	Yes	Yes		^[2]^[14]
PySCF（英語版）	フリー, BSDライセンス	Python	GTO	Any	不明	不明	Yes	Yes	Yes	不明	^[2]^[15]
Q-Chem（英語版）	商用	FORTRAN, C++	GTO	No	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes
QMCPACK (QMC)	フリー, UIUC	C++	GTO, PW, スプライン, グリッド, STO	Any	No	No	Yes	Yes	No	Yes, CUDA
Quantemol（英語版）-N	アカデミック, 商用	FORTRAN	GTO	No	Yes	Yes	Yes	Yes	No	No
QSite	不明	不明	GTO	No	Yes	No^{[注釈 13]}	Yes	Yes	Yes	No
Quantum ESPRESSO	フリー, GPL	FORTRAN	PW	3d	Yes	No	Yes	No	Yes	Yes, CUDA
RMG（英語版）	フリー, GPL	C言語, C++	Grid	Any	Yes	No	No	No	Yes	Yes, CUDA
RSPt	アカデミック	FORTRAN, C言語	FP-LMTO	3d	No	No	No	No	Yes	No
S/PHI/nX
Scigress	商用	C++, C言語, Java, FORTRAN	GTO	Any	Yes	Yes	No	No	Yes	No
Siam Quantum	フリー, GPL	C言語	GTO	No	Yes	No	Yes	Yes	Yes	No
SIESTA（英語版）	フリー, GPL	FORTRAN	NAO	3d^{[注釈 15]}	Yes	No	No	No	Yes	No
SMASH	フリー, Apache License	Fortran	GTO				Yes	Yes	Yes		^[16]
Socorro	フリー, GPL	Fortran、C言語	PW	3d					Yes		^[17]^[18]
Spartan	商用	FORTRAN, C言語, C++	GTO	No	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	No
SPR-KKR									Yes
TB-LMTO	アカデミック	FORTRAN	LMTO	3d	No	No	No	No	Yes	No
TeraChem（英語版） ^{[注釈 16]}	商用	C言語, CUDA	GTO	No	Yes	No	Yes	Yes	Yes	Yes
TURBOMOLE	商用	FORTRAN	GTO	Any	Yes	No	Yes	Yes	Yes	No
VASP	アカデミック (AT), 商用	FORTRAN	PW	3d	Yes	No	Yes	Yes	Yes	Yes
WIEN2k（英語版）	商用	FORTRAN, C言語	FP-(L)APW+lo	3d	Yes	No	Yes	No	Yes	No
Yambo Code（英語版）	一部GPL	FORTRAN	PW	3d	No	No	Yes	Yes	No	No

脚注

注釈

^ アカデミックとは教育研究機関に限定した無償ライセンスのこと。
^ 周期系 (3次元結晶、2次元スラブ、１次元ロッド) へのサポート。3次元結晶が扱えれば、低次元の周期系モデルについても超格子モデルによって取り扱いが可能であるが、ここでは低次元の周期モデルを直接取り扱えるかどうかについて記述している。
^ インターフェースを介してMOPACを利用する。
^ Atomistix ToolKit（英語版）には有限バイアス下の開境界条件のNEGF電子輸送計算の機能を含む。
^ 線形スケール密度汎関数法が実装されている。ABINTコードにも含まれている。
^ ^a ^b ^c ^d 厳密な交換相互作用を用いたDFT。
^ CRYSCORを介して利用可能。
^ CAMPOS projectでは全てのコードはGPLで提供されるとしているが、配布物自体にはライセンス情報が含まれていない。
^ ^a ^b Quantum ESPRESSOと共に配布されている。
^ FPLOには完全な相対論効果が含まれる。
^ Ascalaphを介して利用可能。
^ QuanPolは全範囲の理論(HF, MCSCF, GVB, MP2, DFT, TDDFT, CHARMM, AMBER, OPLSAA)が利用可能な QM/MM計算パッケージであり、GAMESS (US)に組み込まれている^[10]。
^ ^a ^b Schrödinger（英語版）スイートでは利用可能。
^ フラグメント分子軌道法に基づく。
^ SIESTA（英語版）はTranSIESTAを用いた、有限バイアス下の開境界条件のNEGF電子輸送計算の機能を含む。
^ TeraChemはGPUアクセラレーションを採用した初の量子化学計算ソフト。

出典

^ “ATOMCI”. atomci.org. 2022年8月27日閲覧。
^ ^a ^b ^c S. Pirhadi et al. 2016
^ “BigDFT wiki”. 2018年2月13日閲覧。
^ “Installation - BigDFT wiki”. 2018年2月13日閲覧。
^ “XC codes - BigDFT wiki”. 2018年2月13日閲覧。
^ “Atomic Positions file format - BigDFT wiki”. 2018年2月13日閲覧。
^ “Welcome to CPMD.org”. CPMD.org. 2018年3月1日閲覧。
^ “CPMD Licence”. CPMD.org. 2018年3月1日閲覧。
^ “CPMD”. MateriApps. 2018年3月1日閲覧。
^ Change History of GAMESS
^ “Order MOLCAS”. 2016年9月23日閲覧。
^ “PAICS - Parallelized ab initio Calculation System based on FMO”. 石川岳志. 2018年2月13日閲覧。
^ “PAICS”. MateriApps. 2018年2月13日閲覧。
^ “PyQuante: Python Quantum Chemistry — PyQuante 1.6.3 documentation”. 2018年2月13日閲覧。
^ “PySCF 1.4.0 documentation”. Qiming Sun. 2018年1月21日閲覧。
^ “SMASH”. 2018年2月13日閲覧。
^ “About Socorro”. Sandia National Laboratories: Socorro. 2018年3月1日閲覧。
^ “FAQ”. Sandia National Laboratories: Socorro. 2018年3月1日閲覧。

参考文献

Young, David (2001). Computational Chemistry: A Practical Guide for Applying Techniques to Real World Problems. New York: John Wiley & Sons. pp. 322–359. ISBN 0-471-33368-9
Pirhadi, Somayeh; Sunseri, Jocelyn; Koes, David Ryan (2016). “Open source molecular modeling”. Journal of Molecular Graphics and Modelling 69: 127–143. doi:10.1016/j.jmgm.2016.07.008. ISSN 10933263.
“NVIDIA GPU Applications”. NVIDIA. 9 July 2014閲覧。

外部リンク

MateriApps 物質科学シミュレーションのポータルサイト

[1] アカデミックとは教育研究機関に限定した無償ライセンスのこと。

[2] 周期系 (3次元結晶、2次元スラブ、１次元ロッド) へのサポート。3次元結晶が扱えれば、低次元の周期系モデルについても超格子モデルによって取り扱いが可能であるが、ここでは低次元の周期モデルを直接取り扱えるかどうかについて記述している。

[3] インターフェースを介してMOPACを利用する。

[5] Atomistix ToolKit（英語版）には有限バイアス下の開境界条件のNEGF電子輸送計算の機能を含む。

[6] 線形スケール密度汎関数法が実装されている。ABINTコードにも含まれている。

[Exact-12] 厳密な交換相互作用を用いたDFT。

[16] CRYSCORを介して利用可能。

[17] CAMPOS projectでは全てのコードはGPLで提供されるとしているが、配布物自体にはライセンス情報が含まれていない。

[ESPRESSO-18] Quantum ESPRESSOと共に配布されている。

[19] FPLOには完全な相対論効果が含まれる。

[20] Ascalaphを介して利用可能。

[22] QuanPolは全範囲の理論(HF, MCSCF, GVB, MP2, DFT, TDDFT, CHARMM, AMBER, OPLSAA)が利用可能な QM/MM計算パッケージであり、GAMESS (US)に組み込まれている^[10]。

[Schrodinger-23] Schrödinger（英語版）スイートでは利用可能。

[25] フラグメント分子軌道法に基づく。

[30] SIESTA（英語版）はTranSIESTAを用いた、有限バイアス下の開境界条件のNEGF電子輸送計算の機能を含む。

[34] TeraChemはGPUアクセラレーションを採用した初の量子化学計算ソフト。

[4] “ATOMCI”. atomci.org. 2022年8月27日閲覧。

[Pirhadi2016-7] S. Pirhadi et al. 2016

[8] “BigDFT wiki”. 2018年2月13日閲覧。

[9] “Installation - BigDFT wiki”. 2018年2月13日閲覧。

[10] “XC codes - BigDFT wiki”. 2018年2月13日閲覧。

[11] “Atomic Positions file format - BigDFT wiki”. 2018年2月13日閲覧。

[13] “Welcome to CPMD.org”. CPMD.org. 2018年3月1日閲覧。

[14] “CPMD Licence”. CPMD.org. 2018年3月1日閲覧。

[15] “CPMD”. MateriApps. 2018年3月1日閲覧。

[21] Change History of GAMESS

[24] “Order MOLCAS”. 2016年9月23日閲覧。

[Official-26] “PAICS - Parallelized ab initio Calculation System based on FMO”. 石川岳志. 2018年2月13日閲覧。

[27] “PAICS”. MateriApps. 2018年2月13日閲覧。

[28] “PyQuante: Python Quantum Chemistry — PyQuante 1.6.3 documentation”. 2018年2月13日閲覧。

[29] “PySCF 1.4.0 documentation”. Qiming Sun. 2018年1月21日閲覧。

[31] “SMASH”. 2018年2月13日閲覧。

[32] “About Socorro”. Sandia National Laboratories: Socorro. 2018年3月1日閲覧。

[33] “FAQ”. Sandia National Laboratories: Socorro. 2018年3月1日閲覧。

[注釈 1]

[注釈 2]

[注釈 3]

[1]

[注釈 4]

[注釈 5]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[注釈 6]

[7]

[8]

[9]

[注釈 7]

[注釈 8]

[注釈 9]

[注釈 10]

[注釈 11]

[注釈 12]

[注釈 13]

[11]

[注釈 14]

[12]

[13]

[14]

[15]

[注釈 15]

[16]

[17]

[18]

[注釈 16]

[10]

量子化学および固体物理計算ソフトの一覧とは？わかりやすく解説

量子化学および固体物理計算ソフトの一覧

一覧

脚注

注釈

出典

参考文献

関連項目

外部リンク

「量子化学および固体物理計算ソフトの一覧」の関連用語

量子化学および固体物理計算ソフトの一覧とは？ わかりやすく解説

量子化学および固体物理計算ソフトの一覧

一覧

脚注

注釈

出典

参考文献

関連項目

外部リンク

急上昇のことば

「量子化学および固体物理計算ソフトの一覧」の関連用語

量子化学および固体物理計算ソフトの一覧とは？わかりやすく解説