Квантовая химия занимается предсказанием химических и физических свойств молекул по расположению атомов в пространстве. Теоретически, уравнение Шредингера позволяет обойтись без долгих и трудоемких лабораторных экспериментов, но на практике оно чрезвычайно сложное. Однако команде ученых из Германии удалось с помощью искусственного интеллекта разработать метод расчета основного состояния этого уравнения.
ИИ трансформирует многие отрасти науки и техники, от компьютерного зрения до материаловедения. Применив метод глубокого обучения, специалисты из Свободного университета Берлина сумели добиться беспрецедентной точности и вычислительной производительности в расчетах положений молекул в пространстве, сообщает Phys.org.
«Мы полагаем, что наш подход может оказать существенное влияние на будущее квантовой химии», — заявил профессор Франк Ноэ, руководитель исследовательской группы.
Центральный элемент квантовой химии и уравнения Шредингера — волновая функция, математический объект, который полностью описывает поведение электронов в молекуле. Это многомерная сущность, поэтому крайне сложно уловить все нюансы взаимных влияний электронов. Многие методы квантовой химии на самом деле отказываются от выражения волновой функции, пытаясь лишь определить энергию молекулы. Однако это снижает точность предсказаний.
Другие методы пытаются представить волновую функцию через огромное количеств простых математических кирпичиков, но они настолько сложны, что на практике их можно применять только для нескольких атомов.
Глубокая нейронная сеть, разработанная командой профессора Ноэ, это новый способ представления волновой функции электронов. Вместо стандартного подхода составления волновой функции из относительно простых математических компонентов ученые создали ИИ, способный изучить сложные закономерности расположения электронов вокруг ядер. В частности, они использовали свойство антисимметрии волновой функции электронов, встроив его в архитектуру нейросети. Это свойство носит название принципа Паули, поэтому разработчики назвали свое творение PauliNet.
Прежде чем PauliNet будет готова к практическому применению, метод ждет длительный этап тестирования. «Это все еще фундаментальное исследование, — пишут авторы, — но это свежий подход к старой проблеме в изучении молекул и материалов, и мы воодушевлены открывающимися возможностями».
В этом году йельские физики создали устройство, исправляющее ошибки в квантовых компьютерах. Оно сочетает в себе идею суперпозиции кота Шредингера со способностью корректировать самые сложные ошибки в квантовых вычислениях.
Оценили 10 человек
13 кармы