Nalulutas ng artipisyal na katalinuhan ang equation ng Schrödinger, isang pangunahing problema sa kimika ng kabuuan

Ang mga mananaliksik sa Freie Universität Berlin ay bumubuo ng isang malalim na pamamaraan sa pag-aaral upang malutas ang isang pangunahing problema sa kabuuan ng kimika.

Ang isang pangkat ng mga siyentista sa Freie Universität Berlin ay bumuo ng isang artipisyal na intelligence (AI) na pamamaraan para sa pagkalkula ng ground state ng Schrödinger equation sa dami ng kimika. Ang layunin ng kimika ng kabuuan ay upang mahulaan ang kemikal at pisikal na mga katangian ng mga molekula batay lamang sa pag-aayos ng kanilang mga atomo sa kalawakan, nang hindi nangangailangan ng mga eksperimento sa mapagkukunan at pag-ubos ng oras sa laboratoryo. Sa prinsipyo, makakamit ito sa pamamagitan ng paglutas ng equation ng Schrödinger, ngunit sa pagsasagawa ito ay napakahirap.

Sa ngayon, hindi posible na makahanap ng isang eksaktong solusyon para sa anumang mga molekula na maaaring makalkula nang mahusay. Ngunit ang koponan sa Freie Universität ay bumuo ng isang pamamaraan ng malalim na pag-aaral na maaaring makamit ang isang walang uliran na kumbinasyon kawastuhan at kahusayan sa computational. Binago ng AI ang maraming mga teknolohikal at pang-agham na larangan, mula sa paningin ng computer hanggang sa materyal na agham. “Naniniwala kami na ang aming diskarte ay maaaring makaapekto sa hinaharap ng kabuuan ng kimika,” sabi ni Propesor Frank Noé, na namuno sa pagsisikap ng koponan. Ang mga resulta ay nai-publish sa isang di-umano’y journal Likas na kimika.

Sa gitna ng dami ng kimika at ang equation ni Schrödinger ay ang paggana ng alon – isang bagay na matematika na kumpletong tumutukoy sa pag-uugali ng mga electron sa isang Molekyul. Ang pag-andar ng alon ay isang mataas na dimensional na entity, at samakatuwid napakahirap makuha ang lahat ng mga nuances na naka-encode kung paano nakikipag-ugnay ang mga indibidwal na electron sa bawat isa. Maraming mga pamamaraan ng kabuuan ng kimika ang talagang nagbibigay ng buong pagpapahayag ng paggalaw ng alon, sa halip ay sinusubukan lamang upang matukoy ang lakas ng Molekyul. Gayunpaman, nangangailangan ito ng mga pagtatantya, na naglilimita sa kalidad ng hula ng mga pamamaraang ito.

Ang iba pang mga pamamaraan ay kumakatawan sa isang pag-andar ng alon gamit ang isang malaking bilang ng mga simpleng mga bloke ng matematika na gusali, ngunit ang mga naturang pamamaraan ay napakahirap na imposibleng mailagay ang mga ito sa higit sa isang dakot ng mga atomo. “Ang pagtagas ng karaniwang trade-off sa pagitan ng kawastuhan at computational na gastos ay ang panghuli tagumpay sa kabuuan ng kimika,” paliwanag ni Dr. Si Jan Hermann mula sa Freie Universität Berlin, na nagpanukala ng mga pangunahing tampok ng pamamaraan sa pag-aaral. “Ang pinakapopular sa ganoong remote point hanggang ngayon ay ang napaka-epektibo na teoryang density ng pag-andar.” Naniniwala kami na ang malalim na diskarte na “Quantum Monte Carlo” na aming iminumungkahi ay maaaring maging matagumpay, kung hindi mas matagumpay. Nag-aalok ito ng walang uliran kawastuhan sa katanggap-tanggap na mga gastos sa computational. “

Ang malalim na neural network na dinisenyo ng koponan ni Propesor Noah ay isang bagong paraan ng pagkatawan sa mga pagpapaandar ng alon ng mga electron. “Sa halip na ang karaniwang diskarte ng pagbubuo ng isang pag-andar ng alon mula sa medyo simpleng mga bahagi ng matematika, nagdisenyo kami ng isang artipisyal na neural network na may kakayahang matuto ng mga kumplikadong pattern kung paano ang mga electron ay nasa paligid ng mga nukleo,” paliwanag ni Noe. “Ang isang espesyal na tampok ng pagpapaandar ng elektronikong alon ay ang kanilang antisymmetry.” Kapag nagpapalitan ng dalawang electron, dapat baguhin ng pag-andar ng alon ang tanda nito. Upang ma-access ang trabaho, kinailangan naming buuin ang tampok na ito sa neural network architecture, “idinagdag ni Hermann. Ang pag-aari na ito, na kilala bilang “Pauli prinsipyo ng pagbubukod”, ang dahilan kung bakit tinawag ng mga may-akda ang kanilang pamamaraan na “PauliNet”.

Bilang karagdagan sa prinsipyo ng pagbubukod ni Pauli, ang mga pagpapaandar ng elektronikong alon ay mayroon ding iba pang pangunahing mga katangiang pisikal, at ang karamihan sa makabagong tagumpay ng PauliNet ay nakasalalay sa pagsasama ng mga katangiang ito sa isang malalim na neural network, sa halip na payagan silang matuto nang malalim sa pamamagitan lamang ng pagmamasid sa data. “Ang pagsasama ng pangunahing pisika sa AI ay kritikal sa kakayahang gumawa ng mga makahulugang hula sa larangan,” sabi ni Noe. “Dito makakagawa ang mga siyentista ng isang makabuluhang kontribusyon sa artipisyal na intelihensiya at eksakto kung ano ang pinagtutuunan ng aking pangkat.”

Marami pa ring mga hamon na kailangang mapagtagumpayan bago handa ang pamamaraang Hermann at Noe para magamit sa industriya. “Ito pa rin ang pangunahing pagsasaliksik,” sumasang-ayon ang mga may-akda, “ngunit ito ay isang bagong diskarte sa isang sinaunang problema sa mga molekular at materyal na agham, at nasasabik kami sa mga posibilidad na buksan nito.”

Sanggunian: “Paglutas ng malalim na neural network ng elektronikong Schrödinger equation” Jan Hermann, Zeno Schätzle at Frank Noé, Setyembre 23, 2020, Likas na kimika.
DOI: 10.1038 / s41557-020-0544-r

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Doblein ang bilang ng mga kilalang lente ng gravity gamit ang artipisyal na intelihensiya

Mga halimbawa ng mga gravity lens sa data ng Pag-aaral ng Pamana ng DESI. Kredito: DESI Heritage Imaging Surveys / LBNL / DOE...

Pagkuha ng mga materyales sa 2D para sa pagikot

Paglalarawan ng artistikong konsepto ng Spintronic. Ang mga siyentista mula sa Unibersidad ng Tsukuba at ang Institute of High Pressure Physics ay gumagawa ng isang...

Natuklasan ng mga Mananaliksik ang Kamakailang Genetic Communication sa Pagitan ng Mga Chimpanzee Subspecies

Ang mga sample ng dumi ng Chimpanzee ay nakolekta sa buong Africa upang matukoy kung ang mga tao ay kamakailan-lamang na konektado sa kabila...

Ang “misteryo ng nawawalang yelo” ay sa wakas ay nalutas sa paggalaw ng crust ng Earth

Greenland Glaciers 2018. Credit: NIOZ, Kim Chatter Isang bagong pandaigdigang muling pagtatayo ng yelo sa nakaraang 80,000 taon. Sa panahon ng mga yelo, bumabagsak ang pandaigdigang...

Isang Hindi Inaasahang Pag-ikot sa Quantum Physics Maaaring Maipaliwanag ang Imbalanse ng Matter / Antimatter

Kakulangan ng mahusay na proporsyon sa qubits, hindi maitama ang mga error dito computing ng kabuuanngunit maaari nitong ipaliwanag ang kawalan ng timbang ng...

Newsletter

Subscribe to stay updated.