Прорыв в молекулярной динамике: искусственный интеллект открыл путь к новым квантовым материалам

Российские и американские физики нашли способ адаптировать методы машинного обучения для прогнозирования взаимодействий квантовых частиц, что позволит сократить время расчетов и повысить их точность, сообщает пресс-служба НИУ ВШЭ.

Новый подход к расчетам

"Мы разработали метод, который объединяет точные вычисления, молекулярную динамику и машинное обучение. Это поможет изучать поведение материалов, в которых электроны переносят энергию и информацию, что особенно важно для электроники и энергетики. Новый алгоритм не только ускоряет расчеты, но и делает их точнее", — поясняет профессор МИЭМ НИУ ВШЭ Андрей Васенко.

Проблема квантовой химии

Сегодня химики и биологи используют квантовые вычисления для предсказания поведения молекул, но этот процесс требует колоссальных вычислительных мощностей. Сложность расчетов возрастает экспоненциально с увеличением количества атомов и электронов в системе. Поэтому учёные ищут альтернативные методы, которые позволят проводить моделирование быстрее.

Как помогли нейросети

В последние годы физики и математики активно используют квантовые компьютеры и нейросети для решения сложных задач. Российские и американские ученые адаптировали нейросетевые алгоритмы для моделирования молекулярной динамики, чтобы предсказывать движение атомов и электронов в сложных системах.

Созданный ими алгоритм включает несколько машинных моделей, обученных на данных квантово-химических расчетов. Одни из них анализируют силовые поля, свойства электронов и межатомные связи, а другие экстраполируют полученные данные, предсказывая поведение всей системы в целом.

Проверка модели на реальном материале

Чтобы подтвердить работоспособность нового метода, ученые провели расчеты взаимодействия частиц света с электронами в дисульфиде молибдена (MoS2). Этот материал рассматривается как перспективный для создания солнечных батарей и оптоэлектронных устройств. В результате экспериментов удалось не только подтвердить точность модели, но и выявить, как дефекты в атомной решетке влияют на свойства MoS2.

Разработка позволит ускорить создание новых материалов и повысить эффективность прогнозирования квантовых процессов, что открывает новые горизонты в области физики и химии.

Уточнения

Ква́нтовая фи́зика - раздел теоретической физики, в котором изучаются квантово-механические и квантово-полевые системы и законы их движения.