【Qbics】欢迎试用国产多尺度电子结构模拟软件Qbics

coolrainbow

1 Qbics介绍

大家好，我是coolrainbow。我非常高兴能在这里向大家推广一下我们开发的多尺度电子结构模拟软件Qbics。Qbics是我们在深圳湾实验室开发的新一代电子结构软件，其开发重点是利用密度泛函理论和QM/MM方法进行复杂体系的能量和动力学模拟。除了通用功能外，还包括大量原创的理论。Qbics提供全部源代码和二进制文件，欢迎大家下载学习、使用！除了电子结构程序Qbics外，我们还提供了可视化程序Qbics-MolStar和分子拓扑建模软件pdbtop，欢迎大家使用！

Qbics下载（源代码与二进制文件）：Qbics — ZHANG Jun's Website documentation
Qbics安装与使用手册：Qbics Manual — Qbics Manual
Qbics已引用案例：Qbics Applications — ZHANG Jun's Website documentation
Qbics输入文件案例：Input Library — Qbics Manual
可视化程序Qbics-MolStar: Mol* Viewer
拓扑建模软件pdbtop：pdbtop — ZHANG Jun's Website documentation

Qbics已经实现的功能，其中加粗的为原创理论。还有大量功能在开发中。

能量与梯度计算引擎：

• 密度泛函理论DFT
• 半经验方法xTB
• 半经验方法NDDO(AM1, PM3等)
• 经典力场（CHARMM，AMBER）
• QMMM：DFT/MM，xTB/MM，NDDO/MM, PHO
• 激发态方法：TSO-DFT， TSO-DFT/MM，BLW-DFT, BLW-DFT/MM
• 含时密度泛函方法：TDDFT
• PCM溶剂模型（IEFPCM，DPCM，COSMO）
  

势能面探索

• 几何优化（可以包含约束）
• 过渡态搜索（可以包含约束，NEB，DIMER，QST2）
• MECP搜索
• 分子动力学（NVE， NVT， NPT）
• 增强采样分子动力学（Plumed）
• 经典自由能微扰（FEP）
• 二体与多体能量分解
  

量子动力学：

• 路径积分方法（PI-FEP）
• 非正交组态相互作用
  

Qbics的开发坚持面向用户，让用户用最简单的输入执行最复杂的功能，可直接输出波函数文件mwfn、轨迹文件xyz、光谱文件txt等配合Multiwfn、Qbics-MolStar等用于分析。我们将在论坛上陆续提供相关教程。


大家也可以先上https://zhjun-sci.com/qbics/doc/阅读相关的教程用于研究。目前Qbics已在多篇文章中得到应用（包括JCTC，Angew，Nat. Plants等）。Qbics活跃开发中，每月都会有更新。



2 Qbics的能量计算方法展示

这里我们用一个简单的例子快速展示Qbics的功能。文件见附件 qbics.tar.gz (5.13 MB, 下载次数 Times of downloads: 2)

2025-10-16 16:43 上传 Uploaded

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。输入文件为mol.inp：

1. mol
   
2.     C     -1.02465373      0.02083282      0.03490332
   
3.     O      0.25091956     -0.55291634     -0.22193615
   
4.     C      1.15959052      0.53339889     -0.25513647
   
5.     C      0.41130214      1.69475122     -0.93285125
   
6.     C     -1.06934943      1.28399752     -0.83094234
   
7.     H     -1.78830598     -0.71035875     -0.22212488
   
8.     H     -1.10026818      0.27134332      1.10080630
   
9.     H      1.44350164      0.80001481      0.77138728
   
10.     H      2.04792900      0.20807132     -0.79784671
    
11.     H      0.61359263      2.63375029     -0.42193260
    
12.     H      0.71649657      1.79627215     -1.97229345
    
13.     H     -1.68858017      2.05502058     -0.37980288
    
14.     H     -1.47270029      1.04516764     -1.81326237
    
15.     O     -1.84110310     -4.22511986     -0.74255748
    
16.     H     -1.18180477     -3.99504934     -0.05851410
    
17.     H     -1.29442869     -4.33538298     -1.53942805
    
18.     O     -2.46956887     -0.77122857     -3.27564283
    
19.     H     -2.84780676     -1.17147632     -2.45412948
    
20.     H     -3.00286540     -1.09952261     -4.00010340
    
21.     O     -3.39901387     -2.00981877     -1.11261781
    
22.     H     -4.27803807     -2.38143531     -1.30657430
    
23.     H     -2.82801729     -2.79085233     -0.96789753
    
24.     O      0.49292603     -3.38013197      0.32468331
    
25.     H      0.47997916     -2.41544338      0.28016087
    
26.     H      0.78034378     -3.68031397     -0.54923026
    
27.     O     -5.67877393     -3.48386567     -1.54444670
    
28.     H     -5.22742348     -4.31510958     -1.29484637
    
29.     H     -6.47130248     -3.43306932     -1.00899307
    
30.     O      0.11856139     -1.45502317     -2.91457204
    
31.     H      0.22658498     -1.09730927     -2.02065375
    
32.     H     -0.78940199     -1.19383953     -3.17424248
    
33.     O     -4.21439659     -5.57398993     -0.57449815
    
34.     H     -3.33083995     -5.17100584     -0.67486553
    
35.     H     -4.27396466     -5.85388766      0.34070986
    
36.     O      0.26964872     -4.04035545     -2.47153001
    
37.     H      0.21842014     -3.07220321     -2.69253413
    
38. H      0.66462715     -4.46644834     -3.23179756
    
39. end
    
40. 
    
41. basis
    
42.     cc-pVTZ
    
43. end
    
44. 
    
45. charmm
    
46.     topology mol.psf
    
47.     parameters mol.prm
    
48.     rcutoff 10
    
49.     rswitch 100
    
50. end
    
51. 
    
52. qmmm
    
53.     qm_region 1-13
    
54. end
    
55. 
    
56. md
    
57.     type            nvt
    
58.     dt              0.001  # 0.001 ps = 1 fs
    
59.     num_steps       1000
    
60.     temp            300
    
61.     output_freq     1  
    
62. end
    
63. 
    
64. task
    
65.     <b>energy xtb</b>
    
66. end
    

复制代码

文件中的选项不一定全用的到，这里为了完整功能放了很多。容易发现，mol...end就是分子结构，task...end就是要做的工作。

1. xTB能量计算：直接计算即可。

2. xTB/MM能量计算：把task那行改成：

1. energy xtb/charmm

复制代码

即可。力场的信息在charmm...end里面。QM区域由qm_region定义。

3. 纯MM能量计算：把task那行改成：

1. energy charmm

复制代码

即可。


4. DFT/MM能量计算：比如B3LYP， 把task那行改成：

1. energy b3lyp/charmm

复制代码

即可。基组在basis...end里面定义。

5. 纯DFT能量计算：比如B3LYP， 把task那行改成：

1. energy b3lyp

复制代码

即可。

可以看到，计算方法非常直接，可以在QM-半经验-QM/MM-纯MM间无缝切换！

DFT计算完后，可以输出mwfn文件用于后续分析，可以在Multiwfn或者Qbics-MolStar进行分析（参见：【Qbics-MolStar教程3】可视化波函数 - 量子化学 (Quantum Chemistry) - 计算化学公社），如：



6.  把energy换成opt，可以做几何优化！

1. opt b3lyp # 或者opt xtb, opt xtb/charmm都行

复制代码

6.  把energy换成md，可以做分子动力学！

1. md xtb # 或者md mm, md xtb/charmm都行

复制代码

这里以md xtb为例，md参数在md...end里面定义，这里是NVT动力学，可以得到非常好的轨迹（*traj.xyz）和能量(*-log.txt):

动力学守恒量：

1. 991         0.99100         -57.31288716           0.02876623         -57.34165339         163.66953699         -57.33377494  0.040
   
2.        992         0.99200         -57.31312876           0.03077966         -57.34390842         175.12523170         -57.33404255  0.041
   
3.        993         0.99300         -57.31303520           0.03000558         -57.34304078         170.72098465         -57.33397552  0.040
   
4.        994         0.99400         -57.31266677           0.02742363         -57.34009041         156.03065974         -57.33363213  0.044
   
5.        995         0.99500         -57.31262955           0.02715883         -57.33978838         154.52404474         -57.33361870  0.038
   
6.        996         0.99600         -57.31289686           0.02949810         -57.34239495         167.83360711         -57.33391070  0.042
   
7.        997         0.99700         -57.31296285           0.03087311         -57.34383595         175.65693370         -57.33400298  0.042
   
8.        998         0.99800         -57.31277742           0.02984311         -57.34262053         169.79660714         -57.33384398  0.041
   
9.        999         0.99900         -57.31255232           0.02859468         -57.34114700         162.69350559         -57.33364429  0.042
   
10.       1000         1.00000         -57.31255171           0.02988258         -57.34243428         170.02117455         -57.33366909  0.040
    

复制代码

轨迹：（可以参见：【Qbics-MolStar教程2】观看轨迹与一键导出动画 - 量子化学 (Quantum Chemistry) - 计算化学公社）



这些是Qbics最简单的功能展示。我们后面将会给大家提供更多的特色功能的教程！

风起~

请问一下，MSDFT方法在稀土这种强相关体系表现怎么样呀
这种方法在计算稀土配合物的激发性质时，是否值得尝试