著名的人工智能企業(yè)“深度思維”的新研究表明，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可用于構(gòu)建比以前更準(zhǔn)確的電子密度和相互作用圖。該研究有助于科學(xué)家更好地理解將分子結(jié)合在一起的電子之間的相互作用，還顯示了深度學(xué)習(xí)在量子力學(xué)水平上準(zhǔn)確模擬物質(zhì)的前景，使研究人員能夠改進(jìn)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)，在納米級(jí)水平探索有關(guān)材料、藥物和催化劑的問(wèn)題。
描述量子物質(zhì)基本性質(zhì)的密度泛函理論(DFT)于50多年前首次建立，已成為預(yù)測(cè)化學(xué)、生物學(xué)和材料科學(xué)中電子相互作用特性的主要方法。然而，電子密度和相互作用能量之間映射的確切性質(zhì)，即所謂的密度泛函，長(zhǎng)期以來(lái)一直未被理解。因此，即使是最先進(jìn)的DFT泛函在描述分?jǐn)?shù)電子電荷和自旋時(shí)也受到基本系統(tǒng)誤差的困擾。
為了解決這些限制，“深度思維”研究人員詹姆斯·柯克帕特里克及其同事使用該公司的平臺(tái)開(kāi)發(fā)了一個(gè)框架，用于在準(zhǔn)確的化學(xué)數(shù)據(jù)和分?jǐn)?shù)電子約束上訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從而產(chǎn)生功能性的“DM21”。
通過(guò)將函數(shù)表達(dá)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并將精確的屬性合并到訓(xùn)練數(shù)據(jù)中，DM21能夠?qū)W習(xí)沒(méi)有兩個(gè)重要系統(tǒng)誤差(離域誤差和自旋對(duì)稱性破壞)的函數(shù)，這導(dǎo)致比以前的平臺(tái)更好地模擬廣泛的化學(xué)反應(yīng)類別。DM21的重要性并不在于它產(chǎn)生了最終的密度泛函，而是人工智能方法解決了分?jǐn)?shù)電子和自旋問(wèn)題，這些問(wèn)題阻礙了創(chuàng)建泛函的直接分析解決方案。
在短期內(nèi)，這將使研究人員能夠通過(guò)代碼可用性來(lái)改進(jìn)精確密度泛函的近似值，以便立即使用。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這進(jìn)一步顯示了深度學(xué)習(xí)在量子力學(xué)水平上準(zhǔn)確模擬物質(zhì)的前景，將允許研究人員在納米級(jí)水平上探索有關(guān)材料、藥物和催化劑的問(wèn)題，來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)中的材料設(shè)計(jì)。
“了解納米級(jí)技術(shù)對(duì)于幫助我們應(yīng)對(duì)21世紀(jì)的一些主要挑戰(zhàn)變得越來(lái)越重要，從清潔電力到塑料污染。”柯克帕特里克說(shuō)，“這項(xiàng)研究是朝著正確方向邁出的一步，使我們能夠更好地了解電子之間的相互作用，電子是將分子固定在一起的膠水。”
為了加速該領(lǐng)域的進(jìn)步，“深度思維”已經(jīng)發(fā)布了這篇論文，并免費(fèi)提供了開(kāi)源代碼。(張夢(mèng)然)
