• 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

Создан биосовместимый и биоразлагаемый белковый пластик, который может хранить информацию

Фигурки из окрашенного белкового биопластика. / © Wiley / Автор: Татьяна Соловьёва Биопластик — это экологичная альтернатива пластику,...

Криминалисты научились определять отпечатки пальцев, оставленные на бумаге до и после печати

©Loughborough University / Автор: Ирина Мельникова Если отпечатки пальцев подозреваемого обнаружили на важном для дела документе, ловкий преступник...

Грибки помогут избавиться от неприятного запаха скунса

©Wikipedia / Автор: Наталья Федосеева Американские скунсы используют не совсем обычный для млекопитающих инструмент защиты: в случае опасности...

Ученые создали цинковые «снежинки»

«Снежинки» из цинка по красоте не уступают водяным / © Waipapa Taumata Rau, University Of Auckland / Автор:...

Добавка придала пластику свойства металла

© Sandia Labs, Craig Fritz / Автор: Sycophanta Duccius Полимеры, к которым относят различные виды пластмасс, состоят из...

Биохимики узнали, как улитке удается выделять одновременно слизь-смазку и слизь-клей

Съедобная крапчатая улитка Cornu aspersum / © Peter Hillman / Автор: Владимир Богданов Все животные, не исключая человека,...

Ученые собрали молекулярную «роборуку» из ДНК

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

Новый материал улавливает углекислый газ винтообразными порами

©Wikipedia / Автор: Анастасия Кожевникова Одним из последних достижении в создании пористых материалов стало появление металл-органических каркасных структур...

Ученые показали, как работает трюк с колой и Mentos на разных высотах над уровнем моря

Простой химический трюк все еще много может расказать ученым / © Gipher / Автор: Ольга Кузьмина Добавление мятных...

Химики исследовали поведение кислоты в космосе

©Wikipedia / Автор: Екатерина Лебедева Одной из самых устрашающих особенностей киношных ксеноморфов Чужих была их едкая кровь, проявлявшая...

Бумажная замена пластиковых трубочек для питья оказалась вредной для здоровья и неэкологичной

© CC0 Public Domain / Автор: Андрей Чернов Команда экологов и биологов из Антверпенского университета (Бельгия) проверила питьевые...

Шедевры датской живописи оказались написаны с помощью пива

«Женщина перед зеркалом». Кристоффер Вильхельм Эккерсберг, 1841 год (фрагмент) / ©Hirschsprung Collection / Автор: Александр Литвинов Первая половина...

Искусственный интеллект поможет построить карту химического пространства

©Wikipedia / Автор: Pinaria Caprarius Ученые из Сколтеха (Центр научных и инженерных вычислительных технологий для задач с большими...

Ученые установили кристаллическую структуру борида натрия

Минеральная форма бора – датолит / Автор: Ольга Кузьмина Международная группа ученых совместно с профессором Сколтеха и МФТИ...

«Грязную» пленку на чае назвали показателем вкуса напитка

«Грязную» пленку на чае назвали показателем вкуса напитка / ©phys.org / Автор: Caristania Fabricius Самая ранняя монография о...

Кофейная гуща сделала бетон на 30% прочнее

Отработанная кофейная гуща / © Flickr / Автор: Lampronia Auxilius Кофе — самый популярный безалкогольный напиток в большинстве...

Создана краска, охлаждающая дома летом и согревающая зимой

Предметы, покрытые новыми красками / ©Yucan Peng et al / Автор: Messiena Lucretius На отопление и охлаждение помещений...

Учёный изобрёл сухую воду

В рамках проекта по борьбе с глобальным потеплением, ученый из Великобритании представил свою разработку – воду в виде...

Ученые получили возможность разглядывать вещества при недостижимых ранее условиях

Образец бидоменного ниобата лития / Автор: Павел Сорокин Прогнозы о конкретных результатах разработки строить пока рано, поскольку никто...

Органические остатки помогут бороться с загрязнениями тяжелыми металлами

©Wikipedia / Автор: Ptolemocratia Acerronius Технология ремедиации почв, о которой идет речь, носит название in-situ. Исследователям удалось экспериментально подобрать...