5 января
Василий Парфенов
9

Искусственный интеллект научился определять свойства любых молекул, решая уравнение Шредингера

8.0

Прорывной алгоритм может в разумные сроки и не привлекая суперкомпьютеры решать уравнение Шредингера для произвольных молекул. Это позволяет без трудоемких и затратных натурных экспериментов с большой вероятностью определять основные свойства вещества.

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

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 14:15
Ольга Иванова

Ученые разработали анкету, которая поможет определить степень психопатии у домашних кошек. Тест можно пройти онлайн.

Вчера, 13:55
Алиса Гаджиева

На окраине Еревана археологи изучают развалины последней крепости древнего государства.

Вчера, 17:22
Василий Парфенов

Во время работы над проектом по изучению практических применений эффекта Казимира, которую ведут по заказу агентства DARPA, известного инженера Гарольда Уайта посетило озарение. Наблюдая за исследуемыми моделями, он обнаружил в них сходство с геометрией пузыря Алькубьерре — гипотетического метода сверхсветового движения за счет искривления пространства-времени. Так у Уайта родилась идея потенциально революционного эксперимента, в процессе которого может получиться прототип настоящего варп-двигателя.

3 декабря
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

5 декабря
Василий Парфенов

Вопрос активности венерианских вулканов занимает планетологов давно. Если они до сих пор извергаются или делали это недавно по геологическим меркам, то недра второй планеты от Солнца по-прежнему активны. Однако получить достоверные данные подтверждающие или опровергающие активность вулканов на Венере до сих пор не получалось. Зато недавно ученые получили еще одно пусть и косвенное, но вполне надежное свидетельство «бурной жизни» геологических формирований на «сестре Земли».

3 декабря
Алиса Гаджиева

У погибшего почти 70 миллионов лет назад хищника была трудная жизнь: помимо обычного набора проблем, таких как схватки с сородичами, он страдал от зубной боли.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

3 декабря
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

[miniorange_social_login]

Комментарии

9 Комментариев

-
0
+
Это, конечно, крутая новость, но индекс важности – 8? Если разбрасываетесь такими цифрами, то может будете объяснять что именно оно изменит в нашей жизни?
    -
    0
    +
    Квантовый уровень постоянно работает именно в вашей жизни. Копирование ДНК идет внутре вас именно на квантовом уровне, и уравнения Шредингера работают там же.
    +
      ещё комментарии
      -
      0
      +
      Так, хорошо. У них в описании рейтинга важности – 9 это появление лекарства от рака. Я понимаю, что оно поменяет. Но вот эта новость о чем? Что именно поменяет главная технология в настоящий момент или недалёком будущем?
        05.01.2021
        -
        0
        +
        Ну, может, способность определять за разумное время свойства многих соединений поможет находить лекарства от рака?
          -
          0
          +
          Поможет, голубчик, еще как поможет. У Фейнмана в его лекциях написано примерно следующее - дайте мне скорости и координаты всех молекул во Вселенной, и я предскажу Вам будущее.
            06.01.2021
            -
            0
            +
            Я помню, пару лет назад на научно-популярной лекции про квантовую теорию, лектор замечал, что на данный момент мы можем точно решать квантовые волновые уравнения только для достаточно простых систем, вроде атома водорода. Для остальных у нас дури не хватает. И каждый шаг на этом путь я, собственно, приветствую
              -
              0
              +
              А без точного решения можно и обойтись. С помощью теории функционала плотности (ТФП, она же DFT) можно приближённо обсчитывать системы из нескольких сотен атомов. Но эта "приближённость" такая, что даже знай мы точное решение - мы не смогли бы в эксперименте отличить его от приближённого.
        -
        0
        +
        Если учесть, что даже теория функционала плотности, которая позволяет рассчитывать системы из пары-тройки сотен атомов с сумасшедшей точностью, совершила революцию в квантовой химии и физике и позволила человечеству узнать такое, о чём оно ещё в 60-е даже мечтать не могло, то технология, которая позволит с такой же точностью считать десятки и сотни тысяч атомов, поменяет всё ещё больше. Что поменяет? Например, позволит разработать, например, катализаторы химических процессов, новые материалы с заданными свойствами, можно будет рассчитать биохимические реакции, в том числе и для предсказания эффектов лекарств. И многое другое. Это и сейчас делается вовсю, но ограничения на число атомов изрядно тормозят процесс... Впрочем, не прочитав исходную статью, я не берусь, насколько описанный метод точен и насколько он универсален. Как он соотносится по скорости счёта и точности с другими методами, которые сейчас используются для расчёта больших систем: DFT-B, QM/MM и проч.

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: