AI-enriched COMPUTATIONAL SIMULATION
AI计算模拟
以AI、大数据分析及数字化工作流为基础的综合计算模拟解决方案
Q-Chem
Q-Chem是由遍及全球的多个研究机构共同开发的从头计算量子化学软件包，涉及的科研机构有35家，分布在美国、英国、德国、澳大利亚、中国和中国台湾地区等国家和地区。最早是由诺贝尔化学奖获得者John. A. Pople主导开发的。
从1999年靠前版本Q-Chem1.2发布至今，Q-Chem软件已经开发了15年，成为一个功能十分强大的量子化学计算程序。目前最新的版本是Q-Chem5.1。
Q-Chem软件是一款功能齐全的高精度量子化学计算专业工具，全面支持HF/DFT以及各种post–HF计算方法，在理论化学、材料科学、生物化学等相关领域的研究和生产中发挥了极大作用。
可以研究分子能量和结构、化学反应、分子振动、红外以及拉曼光谱、NMR谱等，还可实现对生物大分子的QM/MM 计算。
Q-Chem 特点
无需购买额外的可视化软件。IQmol是Q-Chem的配套可视化软件，可以免费获取。Q-Chem也支持第三方可视化软件，如Avogadro, WebMO, Jmol等；
无需购买额外的并行许可即可进行跨节点并行计算。程序的代码经过专门的优化，保证更快的计算速度；
支持多种方法分析势能面。如冻结带方法、从头算分子动力学、路径积分蒙特卡洛方法及偏Hessian分析;
可进行能量组成分析。如可以把能量分解成库伦项、交换项、极化项及电荷转移项;
可研究电子转移耦合及激发能。支持的方法有限制性DFT、直接耦合及分子片段电荷;
拥有独特的基态泛函。如色散校正泛函XDM、DF-04、XYGJ-OS、WB97X-2等;
快速和更加准确的MP2方法。如SOS-MP2、双基组MP2及局域MP2方法;
支持激发态研究（包括开壳层分子）。如SOS-CIS(D)、TDDFT、ADC等;
Q-Chem 提供优秀的个人技术支持服务，并会依据客户的要求开发所需的功能。
Q-Chem 应用领域
势能面扫描
Q-Chem能够高度准确的给出分子在不同构型下的能量，帮助我们找到分子局部的能量极小值以获得稳定的分子结构。还可以根据分子的构象进行势能面扫描。
右图给出了采用Q-Chem计算的di-Peptoid 在不同构象下的能量变化。研究者可以通过拟合分子能量和构象的关系构建势能面或分子力场。
Development and use of an atomistic CHARMM based forcefield for peptoid simulation. J. Comput. Chem. (2013), 35, 360。
分子间相互作用
Q-Chem采用Hartree-Fork，基于各种泛函的DFT方法和高精度的电子相关方法，多体微扰的MPn与Coupled-cluster理论来计算分子间的相互作用，并可以非常便捷的进行BSSE矫正。此外，Q-Chem还可以基于ALMO方法将分子之间的相互作用能进行分解。
Unravelling the Origin of Intermolecular Interactions Using Absolutely Localized Molecular Orbitals. J. Phys. Chem. A. (2007), 111, 8753。
过渡态搜索和反应路径分析
Q-Chem是业界公认的研究化学反应的有力工具。Q-Chem支持多种过渡态搜索的方法，并可进一步对反应路径进行分析和优化。得益于Q-Chem软件的高效率，研究者可以快速方便的研究各种化学反应相关问题。
Oxidative Dehydrogenation of Propane over a VO2-Exchanged MCM-22 Zeolite: A DFT Study. ChemPhysChem (2010), 11, 3432。
激发态和光谱计算
除了研究基态的化学性质外，Q-Chem还支持激发态结构的能量计算和优化，新版本的Q-Chem还加入了M11等最新的泛函并支持EOM-CCSD方法。
Q-Chem可以计算各种光谱性质，包括：IR， Raman， 紫外-可见，VCD，ECD等。右边的图片就是采用Q-Chem计算的DNA氘化碱基对的红外谱。
Infrared Characterization of the Guanine Radical Cation: Finger Printing DNA Damage. J. Phys. Chem. B. (2010), 114, 3660.
线性标度的量化计算
Q-Chem支持多种线性标度的量子化学计算方法，包括：傅立叶变换库仑方法，线性标度HF交换方法，基于格点的线性标度积分等。
在下图所示的工作中，研究者采用Q-Chem软件中线性标度的GIAO-HF方法完成了含有1000多个原子体系的NMR化学位移计算。
Ab Initio NMR Spectra for Molecular Systems with a Thousand and More Atoms: A Linear-Scaling Method. Angew. Int. (2004), 43, 4485.
QM/MM 计算
Q-Chem支持ONIOM计算并自带了与分子动力学模拟软件CHARMM的程序接口。可以非常方便的进行QM/MM计算。
右图所示的研究工作采用Q-Chem和CHARMM软件考察了钙和镁离子在蛋白磷酸化酶中的作用机理。
Calcium Inhibition of Ribonuclease H1 Two-Metal Ion Catalysis. J. Am. Chem. Soc. ASAP.
