• 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 создали батарею на основе главного белка человеческой крови

Команда химиков из Национального университета Кордовы, которая создала батарею / © University of Cordoba / Автор: Павел Сорокин...

Нобелевскую премию по химии — 2022 получили ученые из США и Дании

Каролин Рут Бертоцци, Мортен П. Мелдал и Карл Барри Шарплесс / @ NobelPrize / Автор: Lampronia Auxilius Шведская...

Химики СФУ получили соединения, которые помогут в том числе адсорбировать вредные и радиоактивные вещества

Химики СФУ получили соединения, которые помогут в том числе адсорбировать вредные и радиоактивные вещества / Автор: Андрей Чернов...

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...

Российские ученые получили вещество, которое сможет замедлить глобальное потепление

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

Компьютерная томография показала, что почвенный углерод хранится главным образом в сети из пор

Глеезем — один из типов почв, рассмотренных учеными / © wikipedia.org / Автор: Milonia Larcius Почва — динамичная...

Ученые собрали молекулярную «роборуку» из ДНК

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

Нитрид алюминия продлит жизнь солнечным электростанциям

Солнечные батареи / ©tokar.ua / Автор: Ирина Мельникова Исследователи НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из Центрального научно-исследовательского института...

Ученые СФУ синтезировали и охарактеризовали два новых комплекса барбитуровой кислоты

Ученые СФУ синтезировали и охарактеризовали два новых комплекса барбитуровой кислоты / Автор: Иван Беляев Их химические свойства окажутся...

Наркоманов стало возможно выявить по отпечатку пальца

Наркоманов стало возможно выявить по отпечатку пальца / Автор: Pinaria Caprarius Команда ученых из Университета Суррея подробно описала,...

Ученые нашли способ сделать кофе вкуснее

Ученые нашли способ сделать кофе вкуснее / © Getty images / Автор: Sycophanta Duccius Кофе — один из...

Создан гель для предотвращения лесных пожаров

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

Химики создали «умный» материал, которым можно управлять на расстоянии

Чтобы написать слово «SMART» («умный» по-английски), ученые не притронулись к материалу даже пальцем / © UPNA/NUP-Public University of...

Найден способ сделать стекло тверже алмаза

Найден способ сделать стекло тверже алмаза / © Getty images / Автор: Messiena Lucretius На атомном уровне стекло...

Стали известны имена лауреатов Нобелевской премии по химии — 2019

©Wikipedia / Автор: Андрей Чернов Нобелевский комитет Королевской шведской академии наук определил, кто из ученых получит Нобелевскую премию...

Инновационная экспериментальная схема поможет создать зеркальные молекулы

©Wikipedia / Автор: Euclio Drusus Группа исследователей из Университета DESY, Гамбургского университета и Университетского колледжа Лондона во главе...

Разработан клей, застывающий в магнитном поле

©NTU Singapore / Автор: Ptolemocratia Acerronius Многие клеи на основе эпоксидных смол отвердевают под действием внешних факторов —...

Новый материал поможет разведывательным беспилотникам и парашютам самоуничтожаться после использования

©Wikipedia / Автор: Euclio Drusus По заказу американского Минобороны химики работали над созданием электронных датчиков и средств их...

Созданы магнитные «нанокатушки», разрушающие пластик в океане

©Wikipedia / Автор: Ирина Мельникова Ежегодно в океан попадает до 14 миллионов тонн пластика, 40 процентов из которых...

Химики вычислили источник земной воды

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