• 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

Химики раскрыли еще один секрет скрипок Страдивари

Страдивари на гравюре XIX века / ©Wikimedia Commons / Автор: Lampronia Auxilius Антонио Страдивари из Кремоны считается непревзойденным...

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...

«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...

Ученые создали цинковые «снежинки»

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

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...

Американские химики создали деревянный нож, который режет как стальной

Деревянный нож против стейка средней прожарки. / © Bo Chen / University of Maryland / Автор: Telestis Scaevinius...

Ученые из Сколтеха предсказали новый сверхтвердый материал с уникальными характеристиками

Инструменты из победита /©Википедия / Автор: Ирина Мельникова Предсказанный исследователями новый борид вольфрама по своим свойствам превосходит применяемый ныне в...

В Ратгерском университете разработали катализаторы, способные превращать углекислый газ в пластмассу

©Wikipedia / Автор: Caristania Fabricius Два продукта, созданные исследователями, — метилглиоксаль (C3) и 2,3-фурандиол (C4) — могут использоваться...

Получен твердый материал с рекордно низкой теплопроводностью

©University of Liverpool / Автор: Messiena Lucretius «Созданный нами материал обладает самой слабой теплопроводностью среди любых неорганических твердых...

Химики раскрыли секрет подводного суперклея моллюсков

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

Масс-спектрометрия помогла выяснить возраст отпечатков пальцев

Авторы открытия, заставившего отпечатки пальцев раскрыть больше информации — Пейдж Хиннерс и Янг-Джин Ли /© Christopher Gannon/Iowa State...

Новый материал преобразует загрязнитель воздуха в промышленно важное вещество

Молекула диоксида азота, захваченная материалом MFM-520 / Автор: Дмитрий Жуков Оксиды азота, в том числе диоксид, образуются при...

Съедобный биокомпозит на неделю продлил срок годности фруктов и ягод

Схема получения материала / © Ajayan, Rahman, Yung et al., Advanced Materials, 2020 / Автор: Sycophanta Duccius По...

Создан гель для предотвращения лесных пожаров

©Wikipedia / Автор: Ирина Мельникова Лесные пожары — важная часть многих экосистем. Но столетия, в течение которых люди борются...

Нобелевскую премию по химии — 2023 присудили за открытие и разработку полупроводниковых квантовых точек

Мунги Бавенди, Луиc Брюс и Алексей Екимов / © Nobel Prize Outreach / Автор: Plinia Abito Шведская королевская...

Химическая инъекция вернула к жизни отработанные литийионные аккумуляторы

С помощью специального реагента исследователи восстановили работу литийионных аккумуляторов / © Getty Images В современном мире литийионные аккумуляторы...

Ученые установили кристаллическую структуру борида натрия

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

Разработана самоуправляемая лаборатория с ИИ, многократно ускоряющая химические исследования

Наглядная иллюстрация понятия «проклятие размерности» / © Volk A.A., et al., Nature Communications, 2023 / Автор: Telestis Scaevinius...

В картине Рембрандта нашли необычное химическое соединение

В картине Рембрандта нашли необычное химическое соединение / ©Getty images / Автор: Caristania Fabricius Полотно «Ночной дозор», написанное...

Новый материал восстанавливается за счет углерода в воздухе

©Wikipedia / Автор: Sycophanta Duccius Материал, разработанный химиками из Массачусетского технологического института, может вступать в реакцию с углекислым...