Группа ученых из Свободного университета Берлина разработала программу искусственного интеллекта (ИИ) для вычисления основного состояния уравнения Шредингера в квантовой химии. Цель квантовой химии – предсказать химические и физические свойства молекул, основываясь исключительно на расположении их атомов в пространстве, без длительных и трудоемких лабораторных экспериментов. В теории этого можно достичь, решив уравнение Шредингера, но на практике это крайне сложно, сообщает Nature Chemistry.
Команда Свободного Университета разработала метод глубокого обучения, способный достичь беспрецедентного сочетания точности и вычислительной эффективности.
Центральное место как в квантовой химии, так и в уравнении Шредингера занимает волновая функция – математический объект, который полностью определяет поведение электронов в молекуле. Она является многомерной и поэтому особенно сложна для изучения. Многие методы квантовой химии подразумевают отказ от каких-либо операций с ней, другие используют огромное количество простых математических строительных блоков, но это не слишком эффективно.
Глубокая нейронная сеть, разработанная учеными, представляет собой новый способ представления волновых функций электронов.
«Мы разработали искусственную нейронную сеть, способную изучать сложные паттерны расположения электронов вокруг ядер. Одной из особенностей электронных волновых функций является их антисимметрия. При обмене двумя электронами волновая функция должна изменить свой знак. Мы сумели встроить это свойство в архитектуру нейронной сети», – отметили авторы.
Электронные волновые функции также обладают другими фундаментальными физическими свойствами. Успех PauliNet (так называли новую систему) заключается в том, что он интегрирует эти свойства в глубокую нейронную сеть, а не позволяет глубокому обучению вычислять их, просто наблюдая за данными.
Ученые отметили, что их система пока не готова к промышленному применению. Но уже очевидно, что она открывает новые возможности для науки.
Ранее сообщалось, что ученые нашли способ «спасти» кота Шредингера. Открытие сделали представители Йельского университета.
Подробнее в сюжете: Мир науки