• 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

Углеродные нанотрубки смогли превратить тепло в свет

©Wikipedia / Автор: Татьяна Соловьёва Инфракрасное излучение — компонент солнечного света, который переносит тепло, но это лишь небольшая...

Метаанализ впервые подтвердил связь между содержанием лития в питьевой воде и суицидами

Что дает нам питьевая вода? / Unsplash / Автор: Владимир Богданов Литий — не только важный компонент аккумуляторных...

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...

Ученые раскрыли решающий фактор для пользы зеленого чая

© PxHere / Автор: Павел Сорокин Традиция чаепития насчитывает несколько тысячелетий. Открытый примерно в 2700 году до нашей...

Петербургские ученые разработали новый тип аккумулятора, который безопаснее и заряжается вдесятеро быстрее литиевых

Демонстрация новых материалов и батарей на их основе на кафедре электрохимии СПбГУ / ©пресс-служба СПбГУ / Автор: Дмитрий...

Ученые собрали молекулярную «роборуку» из ДНК

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

Ученые создали цинковые «снежинки»

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

В хрящах взрослых людей нашли признаки регенерации

Американские исследователи обнаружили следы обновления ткани в суставах ног у человека…Они измерили возраст внеклеточных белков в суставных хрящах...

Ученые синтезировали материал — почти такой же твердый, как алмаз

Изображение одной из алмазных наковален, полученное с помощью оптического микроскопа; один из образцов нитрида углерода C3N4 вмял поверхность...

Пенистый графен лег в основу нового метода измерения содержания глюкозы в крови

Разработан новый метод измерения содержания глюкозы в крови / ©Wikimedia Commons / Автор: Андрей Чернов Диабет — распространенная...

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...

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...

Найдена связь сверхпроводимости с таблицей Менделеева

©Wikipedia / Автор: Александр Литвинов Результаты исследования опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters. Высокотемпературная сверхпроводимость —...

Создана краска, охлаждающая дома летом и согревающая зимой

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

Бананы предложили использовать в борьбе с пластиковым мусором

Авторы исследования создают биоразлагаемую пленку из банановой кожуры / © South Dakota State University Бананы — один из...

Швейцарские ученые получили «пластиковое золото»

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

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...

Шедевры датской живописи оказались написаны с помощью пива

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

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...

Российские ученые получили вещество, которое сможет замедлить глобальное потепление

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