Como instalar e usar o programa ORCA

O programa ORCA é um pacote de programas ab initio de química quântica que contém métodos modernos de estrutura eletrônica molecular (teoria do funcional da densidade (DFT), teoria da perturbação, coupled cluster, métodos multirreferência, métodos semi-empíricos, etc.). O desenvolvimento objetiva principalmente moléculas grandes, complexos de metais de transição e propriedades espectroscópicas. A versão gratuita está disponível para uso acadêmico.

Baixar o pacote

O programa deve ser baixado do fórum do ORCA. É necessário um cadastro para acessar a seção Downloads, onde se localiza o arquivo. Você vai poder escolher entre:

Em termos de biblioteca de paralelização, eu prefiro obter a compatível com a versão disponível no meu sistema operacional, que no caso atual é a OpenMPI 2.1.6. No meu Ubuntu (18.04.3 LTS) no momento está disponível a versão 2.1.1, que é a princípio compatível com a versão 2.1.6. Você pode instalar o OpenMPI no Ubuntu com o comando abaixo:

sudo apt install openmpi-bin

Quanto à combinação estática ou dinâmica, eu prefiro a estática. Apesar do maior tamanho de arquivo, eu acho que há menos chances de dar problemas no futuro.

Para a compactação do arquivo, eu prefiro simplesmente o menor arquivo, que em geral é o .tar.zst (Zstandard). Para descompactar arquivos deste tipo você vai provavelmente precisar do pacote zstd:

sudo apt install zstd

Instalação

Primeiro, descompacte os arquivos. Se você baixou um arquivo .tar.zst, pode usar um comando semelhante ao abaixo para isso:

tar -I zstd -xvf orca_4_2_1_linux_x86-64_openmpi216.tar.zst

São arquivos bastante pesados (em torno de 17 Gb quando descompactados), por isso o comando acima pode levar alguns minutos. Eu prefiro instalar coisas em /opt, então costumo fazer:

sudo mv orca_4_2_1_linux_x86-64_openmpi216 /opt/orca

(O comando acima também pode demorar um pouco.)

Finalmente, se você quiser chamar o ORCA de qualquer lugar do computador, deve adicionar ao ~/.bashrc (ou ao ~/.zshrc, se você usa Zsh):

export PATH=/opt/orca:$PATH

E reexecutar o arquivo com source ~/.bashrc ou source ~/.zshrc. Isso é ainda mais importante porque o Ubuntu vem com um leitor de tela também chamado ORCA e fazer essa etapa evita chamar o programa errado no futuro.

Um teste (incluindo paralelização)

Para testar a execução do ORCA, adicione o seguinte conteúdo a um arquivo de texto chamado h2.inp:

! B97-3c Opt Freq

*xyz 0 1
H   0.0   0.0   0.0
H   0.0   0.0   1.0
*

Para executar o ORCA basta fazer orca h2.inp | tee h2.out. Este cálculo de otimização e frequências da molécula de hidrogênio rodará em um único processo. Para se certificar de que o programa está apto a rodar também em paralelo, adicione as seguintes linhas ao final do arquivo de entrada acima e rode novamente:

%pal
 nprocs 2
end

No entanto, para que cálculos paralelos com o ORCA funcionem, o programa deve ser chamado com seu caminho completo:

/opt/orca/orca h2.inp | tee h2.out

Se tudo estiver correto, não só ambos os cálculos terão terminado normalmente, o cálculo em paralelo relatará em vários momentos quantos processos estão em uso:

************************************************************
*        Program running with 2 parallel MPI-processes     *
*              working on a common directory               *
************************************************************

Pronto, agora é só usar. Para desenhar moléculas que serão submetidas ao ORCA, eu sugiro o programa Avogadro. O ORCA Input Library e o manual são ótimas fontes de informação sobre o uso do programa.