CP2K

CP2K是一個以GPL授權、可自由取得的量子化學和固態物理程式套件，使用Fortran 2008編寫，用於對固態、液態、分子、週期性、材料、晶體和生物系統進行原子級模擬。它為不同的計算方法提供了一個通用框架：使用混合高斯和平面波方法 (GPW) 的密度泛函理論 (DFT)，可透過、廣義梯度近似 (GGA)、 或 等理論層級；經典對勢和多體勢；半 empirical 方法 (、、、MNDOd、PM6) 和緊束縛哈密頓量；以及依賴靜電潛能高斯展開 (GEEP) 的量子力學/分子力學 (QM/MM) 混合方案。高斯與擴增平面波方法 (GAPW) 作為 GPW 方法的擴展，允許進行全電子計算。CP2K 可以進行分子動力學、元動力學 (metadynamics)、蒙地卡羅、艾倫費斯特動力學 (Ehrenfest dynamics)、振動分析、核心能階光譜學、能量最小化以及使用微擾彈性帶 (NEB) 或二聚體 (dimer) 方法的過渡態優化。

CP2K為Vim和Emacs編輯器提供語法高亮外掛程式，以及其他用於輸入產生和輸出處理的工具。

 歷史與重要里程碑 
CP2K 專案始於 2000 年，由Jürg Hutter（蘇黎世大學）和Michele Parrinello（當時在蘇黎世聯邦理工學院）領導的團隊將兩套獨立程式碼合併：Parrinello 團隊針對從頭算分子動力學的程式與Hutter 團隊處理週期性DFT計算的程式。其核心包括Quickstep（GPW∕GAPW 電子結構計算）與FIST（經典分子力學及 QM/MM）。

重要里程碑：
 早期發展與 GPW 方法：奠定高效 高斯平面波 (GPW) 基礎。
 線性標度演算法：使成本隨系統大小呈線性擴展，支援大規模模擬。
 QM/MM 方法：推出高效耦合方案，可模擬大型生物或溶液反應。
 擴充理論方法：整合 MP2、RPA、半經驗與緊束縛等高階方法。
 GPU 加速：對部分關鍵模組加入 NVIDIA CUDA 與 AMD HIP 支援。
 社群開發：活躍的國際開源社群與 CP2K 基金會持續推動功能增強。

 主要特性與功能 
核心演算法與方法
 密度泛函理論 (DFT)
 高斯平面波 (GPW)  
 高斯擴增平面波 (GAPW)  
 軌道轉換 (OT) 優化
 波函數理論方法


 GW 近似（部分實現）
 半經驗與緊束縛方法
 、、、MNDOd、PM6  
 DFTB（密度泛函緊束縛）
 經典力場：支援多種常用力場

支援的計算類型
 分子動力學（BOMD、、艾倫費斯特、路徑積分等）
 元動力學與其他增強取樣
 蒙地卡羅模擬
 幾何優化、過渡態搜尋（NEB、Dimer）
 振動分析、光譜性質（NMR、XAS）
 電子密度、能帶結構等

多尺度模擬
 高效 QM/MM（GEEP 靜電耦合、機械嵌入）

效能與平行計算
 線性標度演算法
 混合 MPI+OpenMP 平行化
 GPU 加速（CUDA、HIP）
 整合 ScaLAPACK、ELPA、LibXC 等高效數學庫

 應用領域 
 材料科學：催化、表面科學、奈米材料、電池材料、固態物理
 化學：反應機理、光譜學、溶液化學、分子團簇
 生物物理與生物化學：大分子模擬、酶催化、藥物設計
 物理學：凝聚態物理、高壓物理
 地球科學：礦物物理、地球化學過程

 參見 

計算化學
分子動力學
蒙地卡羅演算法

量子化學

密度泛函理論

緊束縛模型

 主要論文 









 外部連結 
 CP2K GPW 方法介紹
 CP2K GPW 方法 PDF（2019 Ghent 会议）
 CP2K 官方網站
 使用者論壇
 第一次 CP2K 教學：在 MD 模擬中釋放想像的力量
 第二次 CP2K 教學：在 MD 模擬中釋放想像的力量
 CP2K 使用者教學：「計算光譜學」
 Ascalaph，一個用於 CP2K 和其他量子化學軟體的第三方圖形化介面

 參考資料 

Category:计算化学软件
Category:分子模擬軟體