Umělá inteligence řeší Schrödingerovu rovnici, klíčový problém v kvantové chemii

Vědci z Freie Universität Berlin vyvinuli metodu hloubkového studia k vyřešení důležitého problému v celé chemii.

Tým vědců na Freie Universität Berlin vyvinul metodu umělé inteligence (AI) pro výpočet stavu Země ve Schrödingerově rovnici kvantové chemie. Účelem kvantové chemie je předpovědět chemické a fyzikální vlastnosti molekul pouze na základě uspořádání jejich atomů v prostoru, aby se zabránilo nutnosti dlouhodobých laboratorních experimentů náročných na zdroje. . V zásadě toho lze dosáhnout řešením Schrödingerovy rovnice, ale v praxi je to obtížnější.

Dosud není možné najít přesné řešení pro libovolné molekuly, které by bylo možné efektivně vypočítat. Tým Freie Universität však vyvinul přístup k hloubkovému učení, který dosahuje nebývalé kombinace přesnost a výpočetní účinnost. AI transformuje mnoho technologických a vědeckých oblastí, od počítačového vidění po vědu o materiálech. „Věříme, že náš přístup by mohl mít zásadní vliv na budoucnost kvantové chemie,“ řekl profesor Frank Noé, který vedl úsilí týmu. Výsledky byly publikovány v populárním časopise Povaha přírody.

V centru kvantové chemie i Schrödingerovy rovnice je pohyb vlny – matematický objekt, který plně určuje chování elektronů v molekule. Pohyb vlny je vysoce dimenzionální entita, a proto je obtížnější zachytit všechny nuance, které kódují, jak se každý jednotlivý elektron navzájem ovlivňuje. Mnoho technik kvantové chemie ve skutečnosti zastavuje expresi vlnového působení, místo aby se pokoušelo určit sílu dané molekuly. To však vyžaduje provedení odhadů, což omezuje kvalitu predikce těchto metod.

Jiné metody představují vlnovou funkci pomocí mnoha jednoduchých matematických stavebních bloků, ale takové metody jsou tak složité, že je nelze praktikovat s více než několika atomy. “Vyhnout se rutinnímu obchodování mezi přesností a výpočtem nákladů je nejvyšší úspěch v celkové chemii,” vysvětluje Dr. Jan Hermann na Freie Universität Berlin, kde nastiňuje hlavní rysy studijní metody. „Nejoblíbenějším odlehlým bodem jsou stále vysoké náklady na test hustoty pohybu. Věříme, že hluboká metoda„ Quantum Monte Carlo “, kterou doporučujeme, by byla stejná, ne-li více Poskytuje bezkonkurenční přesnost s přidanými náklady na účetnictví. “

Hluboká neuronová síť navržená týmem profesora Noé je novým způsobem, jak reprezentovat pohyb vln elektronů. „Místo základní metody provádění vlnové funkce z relativně jednoduchých matematických komponent jsme vymysleli umělou neuronovou síť, která dokázala detekovat složité vzorce, jak se nacházejí elektrony. kolem jaderných zařízení, “vysvětlil Noé. „Jedinečnou vlastností provozu elektronických vln je jejich antisymetrie. Pokud dojde k výměně dvou elektronů, musí vlnová funkce změnit svůj signál. Musíme z ní udělat vlastnost architektury neuronové sítě pro způsob práce, “dodal Hermann. Tato forma, známá jako„ Pauliho princip volání, “proto autoři nazývají svou metodu” PauliNet. ”

Kromě nesouvisejícího Pauliho principu mají funkce elektronické vlny také fyzikální vlastnosti a většina nedávných úspěchů PauliNet spočívá v tom, že jsou do hloubky integrovány s těmito vlastnostmi. neurální síť, spíše než umožnit detekci hloubkového učení pouze pozorováním dat. „Vývoj základní fyziky AI je zásadní pro její schopnost dělat smysluplné předpovědi v terénu,“ říká Noé. „Tady mohou vědci skutečně hodně přispět k umělé inteligenci, a právě na to se moje skupina zaměřuje.“

Než bude přístup Hermanna a Noé připraven na průmyslové použití, je třeba překonat ještě mnoho výzev. „Toto je stále základní výzkum,“ shodují se autoři, „ale jedná se o nový přístup ke starému problému molekulární a materiálové vědy a jsme nadšeni možnostmi jeho otevření.“

Odkaz: „Řešení hlubokých neuronových sítí elektronických Schrödingerových rovnic“ Jan Hermann, Zeno Schätzle a Frank Noé, 23. září 2020, Povaha přírody.
DOI: 10.1038 / s41557-020-0544-r

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Výjimečná biologická rozmanitost ve 14,7 milionu let starém tropickém deštném pralese a osvětluje vývoj

Ekologická rekonstrukce bioty Zhangpu. Obrazový kredit: NIGPAS Nově objevený miocénní biom osvětluje vývoj deštného pralesa Mezinárodní výzkumná skupina vedená profesorem WANG Bo a profesorem SHI...

Newsletter

Subscribe to stay updated.