ИИ смог решить уравнение Шредингера для любых молекул
Методы квантовой химии позволяют анализировать структуру молекул вещества и определять их свойства без необходимости в трудоемких эмпирических экспериментах. В основе большей части вычислительных методов квантовой химии лежит использование уравнения Шредингера. Это уравнение связывает волновую функцию электронов, которые входят в атомы, образующие молекулу с общей энергией системы, а его решение — нахождение волновой функции — позволяет описывать процессы, происходящие внутри молекулы.
Волновая функция молекулы состоит из волновых функций электронов отдельных атомов. Из-за большого количества электронов, каждый из которых находится в определенном энергетическом состоянии и влияет на другие частицы, получить точное решение уравнения Шредингера даже для простой молекулы было практически невозможно. Сегодня для этого используют полуэмпирические методы, в которых с помощью некоторых приближений удается упростить вычислительную задачу, снизив точность расчетов.
Самые точные методы — так называемые ab initio — позволяют найти точное значение волновой функции, но они настолько сложны в вычислительном плане, что с их помощью можно рассчитать только очень небольшие молекулы. Наиболее популярным из таких методов является расчет по теории функционала плотности (ТФП). Авторы нового исследования предложили свой метод ab initio, который позволяет решить уравнение Шредингера даже для больших молекул, сохраняя точность вычислений по ТФП.
Новый способ основан на использовании нейросети с глубоким обучением. Она анализировала паттерны движения электронов вокруг ядер атомов в молекуле, учитывая все квантово-механические принципы. В частности, нейросеть, которая неспроста получила название PauliNet, учитывала принцип Паули, согласно которому в одном атоме не могут существовать два и более электронов с одинаковыми квантовыми числами.
Главный плюс новой технологии, по словам ученых, заключается в том, что она не просто работает с голыми данными, а подходит к анализу «со знанием физики». Физики еще отрабатывают новый алгоритм, но уже говорят, что он будет способен рассчитывать волновые функции даже самых сложных молекул без необходимости в использовании сверхмощных вычислительных комплексов.
Современные методы, позволяющие решить уравнение Шредингера, либо недостаточно точны, либо работают только для маленьких молекул. Новая программа способна просчитывать точно даже большие молекулы. Для этого она использует машинное обучение