• Виктор
  • Статьи
  • 1 мин. чтения

Искусственный интеллект научился определять свойства любых молекул, решая уравнение Шредингера


Пример определения свойств молекулы циклобутадиена разными методами. PauliNet сравнивается с двумя вариантами связанных кластеров (MR-CC и CCSD), а также с экспериментальными данными / ©Hermann, J., Schätzle, Z. & Noé, F. Deep-neural-network solution of the electronic Schrödinger equation. Nat. Chem. 12, 891–897 (2020). https://doi.org/10.1038/s41557-020-0544-y / Автор: Наталья Федосеева

Разработку представили немецкие ученые из Свободного университета Берлина (Freie Universität Berlin). Особенности разработки и обучения глубинной нейронной сети PauliNet они описали в статье, которая была опубликована в рецензируемом журнале Nature Chemistry. Поскольку материал доступен только по подписке, его основные тезисы также можно изучить в препринте, размещенном на портале arXiv годом ранее. С тех пор научная работа была существенно дополнена, в том числе практическими результатами, но общее представление о технологии дает и предварительная публикация.

Алгоритм PauliNet получил свое название в честь принципа Паули — одного из фундаментальных правил квантовой механики. Согласно этому принципу, два и более электрона в атомах не могут находиться в одинаковых квантовых состояниях. То есть при обмене электронами их волновая функция меняет знак. Эта антисимметрия, а также ряд других постулатов квантовой физики были «зашиты» в глубинную нейросеть (Deep neural network) сразу. А вот обучали ее уже другим свойствам элементарных частиц — в частности, сложным закономерностям распределения электронов по оболочкам вокруг ядер атомов.

На основе этих данных нейросеть научилась исследовать произвольные молекулы квантовыми методами Монте-Карло. Они подразумевают решение уравнений Шредингера для большого количества частиц. Основная сложность при выполнении таких задач — необходимость больших вычислительных мощностей для определения многочастичной волновой функции. Обычно используют более простые методы, например Теорию функционала плотности (DFT) или связанные кластеры (CC).

Однако такие упрощения создают ряд ограничений и для многих соединений все равно оказываются практически бесполезными. В результате физикам и химикам приходится постоянно искать компромиссы: или низкая точность, но относительно быстрые расчеты, либо высокая точность, но при этом нужно искать, на каком «железе» все это можно обсчитать. А в большинстве случаев выбора особого нет: сложные молекулы не по зубам даже современным суперкомпьютерам и системам распределенных вычислений.

А нейросети PauliNet удалось создать свою методику вычисления волновых функций. Этот алгоритм за вполне разумные сроки способен решать уравнения Шредингера для практически любых молекул.

В приведенных примерах авторы этого искусственного интеллекта определяли свойства ряда соединений за считаные десятки часов работы обычных графических карт персональных компьютеров. Таким образом немецкие ученые нашли новый и чрезвычайно эффективный способ вычисления основного состояния произвольных молекул.


Source: https://lib.zaplata.ru/nauka/iskysstvennyi-intellekt-naychilsia-opredeliat-svoistva-lubyh-molekyl-reshaia-yravnenie-shredingera.html

Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
guest

Швейцарские ученые получили «пластиковое золото»

©Peter Rüegg, ETH Zurich / Автор: Visellia Orfius «Любители золотых часов и массивных ювелирных изделий будут взволнованы, —...

Ультразвук улучшил сыр и сделал его безопаснее

Сыр, обработанный ультразвуком / © 10.1016/j.ultsonch.2023.106493 / Автор: Михаил Григорьев Молоко и сделанные из него продукты, в том...

Российские ученые получили вещество, которое сможет замедлить глобальное потепление

Глобальное потепление — угроза всему населению нашей планеты / © engoo.ru / Автор: Анастасия Кожевникова Один из самых...

Китайские ученые разработали стекло, которое может разлагаться в организме

Аббревиатура Китайской академии наук, выложенная буквами из нового стекла / ©Xing Ruirui, CAS / Автор: Caristania Fabricius Каждый...

Сибирские ученые создадут высокоэкологичные сорбенты

Сибирские ученые создадут высокоэкологичные сорбенты / Автор: Павел Сорокин Выделять гуматы (соли гуминовых кислот, основа гумуса — органического...

В лапках жуков обнаружили смазочный материал лучше тефлона

©metrioptera, Bugguide, ISU / Автор: Никита Тарасов Тефлон — одна из самых больших удач современной химии. Благодаря своей...

Ученые впервые наблюдали за поведением электронов во время химических реакций

©Wikipedia / Автор: Андрей Чернов В недавно опубликованной статье журнала Nature исследователи из Университета Падерборн и Института имени...

Химики нашли новое объяснение гомохиральности «живых» молекул

Каталитическое лигирование пептидов и хиральное усиление в пребиотических условиях / © Min Deng et al. Биологические молекулы в...

Помидоры по-разному отреагировали на друзей и врагов

Куст помидоров / © pxhere.com / Автор: Cloelia Andronicus Исследователи активно изучают способы, которые позволяют растениям обмениваться информацией....

Свежо и экологично: ученые разработали пищевые датчики на основе бумаги и графена

Новые датчики можно легко разрезать ножницами, добиваясь нужного размера, и просто утилизировать / © 10.1016/j.apmt.2022.101589 / Автор: Pinaria...

Создан материал для аккумуляторов будущего

©Wikipedia / Автор: Иван Беляев Для возобновляемых источников энергии, таких как солнечные батареи или ветрогенераторы, важно иметь надежные...

Ученые собрали молекулярную «роборуку» из ДНК

Захваты NanoGripper под микроскопом / ©Zhou et al., 2023 / Автор: Александр Литвинов Молекулы ДНК состоят из четырех...

Ученые назвали самый прочный материал на Земле

Микрофотография деформации сплава при сверхнизкой температуре минус 253 градуса по Цельсию / ©Robert Ritchie / Berkeley Lab /...

Рентген и ИК-спектроскопия раскрыли химический секрет «Моны Лизы»

© AP Photo / Christophe Ena / Автор: Татьяна Соловьёва Новое исследование с участием ученых и искусствоведов из...

Ученые рассмотрели возможность зарождения жизни на безводных планетах

Вид Титана, спутника Сатурна, в ближнем инфракрасном диапазоне, демонстрирующий блики на углеводородных озерах на его поверхности / ©...

Химики раскрыли секрет подводного суперклея моллюсков

Биссусная нить (byssal thread) с адгезивными дисками (plaque) / © Tobias Priemel / Автор: Caristania Fabricius Некоторые двустворчатые...

«Алюминий — это новая сталь»: ученые нашли способ сделать металл прочнее

«Алюминий — это новая сталь»: ученые нашли способ сделать металл прочнее / Автор: Cloelia Andronicus Добавив в расплав...

Химики вычислили источник земной воды

©Ron Miller/Discover / Автор: Plinia Abito Земля, как и другие планеты, формировалась при соударении и «слипании» небольших протопланетных...

Бутылки или банки: ученые оценили влияние тары на крафтовое пиво

©Tama Leaver, Flickr / Автор: Екатерина Лебедева Помимо воды и этанола, разные сорта пива содержат тысячи соединений, которые...

Назван элемент, который имел решающее значение для эволюции сложной жизни, помимо кислорода

Дикинсония – представитель эдиакарской биоты / ©Getty images / Автор: Caristania Fabricius Железо — незаменимый компонент белков и...