Qbics是深圳湾实验室开发的一款独具特色的计算化学软件，Qbics代表了量子（Quantum）、生物学（Biology）、信息学（Informatics）、化学（Chemistry）和科学（Sciences）的融合，体现了软件设计的跨学科理念，正在受到越来越多研究者的关注。
01 Qbics的功能和理论创新
Qbics在电子结构、分子动力学和多尺度模拟等方面包含非常全面的功能：
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等）；
QMMM：DFT/MM，xTB/MM，NDDO/MM，投影杂化轨道理论；
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）；
二体与多体能量分解；
非正交组态相互作用
势能面探索：
Qbics最令人印象深刻的是其两项独家理论方法：目标态优化密度泛函理论（TSO-DFT）和多态密度泛函理论（MSDFT）。这两项技术都是研究团队自主开发的，属于Qbics独有功能。
目标态优化密度泛函理论（TSO-DFT）是Qbics的核心创新之一。TSO-DFT有两大应用方向：激发态和透热态研究，在研究电荷转移激发和电子转移反应时尤为有用。这种"想算哪个态就算哪个态"的能力，对于传统DFT方法难以收敛的复杂电子态问题提供了有效解决方案，并且在电荷转移激发等过程中具有比传统的TDDFT理论更合理的表现。
多态密度泛函理论（MSDFT）能够在统一的理论框架内同时处理多个电子态，在研究电子跃迁、激发态耦合和非绝热动力学时非常强大。特别值得一提的是，MSDFT计算的光系统II主要光捕获复合物激发态之间的耦合结果在Nature Plants上发表，与实验数据高度吻合，这充分证明了方法在处理复杂生物体系激发态问题时的可靠性。
这两项独家方法的有机结合，让Qbics在激发态、光化学、电子转移反应等研究领域具有了其他软件无法比拟的优势。配合能量分解分析等工具，这些前沿的理论方法为激发态化学和光物理研究提供了强有力的工具支持。
02 Qbics-MolStar：优秀的可视化与用户体验
Qbics团队在开源软件MolStar基础上自主开发的Qbics-MolStar可视化工具，大大提高了研究工作的效率。在传统的计算化学工作流程中，经常需要在不同软件间切换：一个软件用于计算，另一个软件用于可视化，还要进行格式转换，非常繁琐。
Qbics和Qbics-MolStar的无缝集成解决了这个痛点。Qbics-MolStar支持计算化学中常用的所有坐标、轨迹、波函数格式，文件导入非常方便。它可以从多种途径下载分子坐标并渲染可视化，甚至可以根据SMILES字符串或PubChem数据库直接导入分子结构，这在准备计算输入文件时特别便利。对于分子动力学轨迹，Qbics-MolStar可以流畅地查阅轨迹并导出动画，这在分析动态过程时非常实用。Qbics-MolStar波函数可视化功能尤为突出。例如，在使用QM/MM方法计算泛素蛋白Leu50残基的最高占据分子轨道（HOMO）时，Qbics-MolStar能够直接渲染出清晰的分子轨道图像，还提供了多种渲染样式供选择，这对于理解电子结构和撰写论文都非常有帮助。无需导出数据、转换格式、再用其他软件打开，整个工作流程一气呵成。
03 高质量的研究成果与学术认可
Qbics的研究成果充分展现了其学术价值。平台相关工作已经在Nat. Plants、Angew. Chem. Int. Ed.、JACS Au、J. Chem. Theory Comput.等顶级期刊发表，这些都是计算化学领域最有影响力的期刊。
Qbics不仅发表方法学论文，更重要的是在实际科研中得到了广泛应用。从钙钛矿材料到光合作用，Qbics在不同领域都展现出了强大的应用能力。
Nat. Plants 2023, 9, 1547
Angew. Chem. Int. Ed. 2025, accepted
04 详细的文档与学习资源
Qbics的官方文档https://qbics.info非常完善，为用户提供了从入门到精通的全方位支持。文档结构清晰，分为程序、输入、教程、关键词和开发等几大板块。程序部分提供了详细的编译、安装和运行指南，包括GPU版本和MPI并行版本的构建说明，甚至包含了Plumed增强采样模块的集成方法。这使得用户可以根据自己的硬件环境灵活配置Qbics。
教程部分是文档的精华所在，涵盖了密度泛函理论计算、半经验量子化学方法、分子力学计算、几何优化、分子动力学模拟、过渡态搜索、能量分解分析、TSO-DFT激发态与非绝热态计算等多个主题。每个教程都配有详细的输入文件示例和具体的应用案例，从简单的水分子单点能计算，到复杂的溶剂化蛋白质体系，从小分子反应机理到生物大分子动力学，覆盖了计算化学研究的各个方面。
关键词部分详细说明了Qbics的所有输入关键词，包括理论背景、可选参数和使用示例，这为深入使用软件的高级功能提供了完整参考。
值得特别指出的是，Qbics还提供了开发者文档，包括代码规范、领域逻辑、Git命令等内容，体现了软件的开放态度和对代码质量的重视。
开发团队对文档的重视程度可见一斑，这种认真负责的态度令人印象深刻。对于科研工作来说，清晰准确的文档和可靠的技术支持同样重要。
综合来看，Qbics是一款真正从科研需求出发开发的软件。TSO-DFT和MSDFT这样的独家理论方法，为激发态、非绝热态和光化学研究提供了其他软件无法替代的工具；完善的功能体系，从DFT到半经验方法，从几何优化到增强采样分子动力学，从过渡态搜索到能量分解分析，构建了完整的计算化学工作流；GPU加速和MPI并行支持使其能够充分利用现代高性能计算资源；Qbics-MolStar可视化工具的集成大大提高了工作效率；高质量的研究成果证明了方法的可靠性和准确性。
联系我们
如有问题，欢迎联系开发者团队。
联系邮箱：zhangjun@szbl.ac.cn
撰稿|Qbics开发团队
编辑|鲍 鲍
责编|远 山
欢迎投稿、建议|media@szbl.ac.cn
粤公网安备44031102000926号