Deri më tani ka qenë e pamundur që të gjendej një zgjidhje e saktë për molekulat arbitrare që mund të llogariten në mënyrë efektive. Por, ekipi i “Freie Universität” e ka zhvilluar një metodë të thellë të mësimit që mund të arrijë një kombinim të paparë të saktësisë dhe efikasitetit llogaritës
Berlin, 22 dhjetor – Një ekip shkencëtarësh nga “Freie Universität” në Berlin ka krijuar një metodë të veçantë të inteligjencës artificiale, për ta llogaritur gjendjen më të ulët të ekuacionit të Schrödingerit në kiminë kuantike.
Qëllimi i kimisë kuantike është që të parashikohen karakteristikat kimike dhe fizike të molekulave, bazuar vetëm në organizimin e atomeve të tyre në hapësirë, duke e shmangur nevojën për eksperimente laboratorike, të cilat kërkojnë më shumë burime dhe marrin më shumë kohë.
Në parim, kjo mund të arrihet duke e zgjidhur ekuacionin e Schrödingerit, por në praktikë një gjë e tillë është jashtëzakonisht e vështirë.
Deri më tani ka qenë e pamundur që të gjendej një zgjidhje e saktë për molekulat arbitrare që mund të llogariten në mënyrë efektive. Por, ekipi i “Freie Universität” e ka zhvilluar një metodë të thellë të mësimit që mund të arrijë një kombinim të paparë të saktësisë dhe efikasitetit llogaritës. Inteligjenca artificiale ka transformuar shumë fusha teknologjike dhe shkencore, duke nisur nga vizioni kompjuterik deri te shkenca e materialeve.
“Besojmë se qasja jonë mund të ndikojë në mënyrë të konsiderueshme për të ardhmen e kimisë kuantike”, ka thënë profesori Frank Noé, i cili e ka udhëhequr punën ekipore.
Rezultatet, ndërkaq, janë publikuar në revistën shkencore “Nature Chemistry”.
Funksioni i valës
Qendrore për kiminë kuantike dhe për ekuacionin e Schrödingerit është funksioni i valës – një objekt matematikor që e specifikon plotësisht sjelljen e elektroneve në një molekulë.
Funksioni i valës është një entitet i dimensionit të lartë dhe prandaj është jashtëzakonisht vështirë që të kapen të gjitha nuancat që e kodifikojnë mënyrën se si elektronet individuale e prekin njëra-tjetrën.
Shumë metoda të kimisë kuantike, në fakt, kanë hequr dorë për sa i përket shprehjes së tërë funksionit të valës, në vend se të provojnë ta përcaktojnë energjinë e një molekule. Kjo sidoqoftë kërkon që të bëhen vlerësime të përafërta, duke e kufizuar cilësinë e parashikuar të metodave të tilla.
Metodat e tjera përfaqësojnë funksionin e valës me përdorimin e numrave të mëdhenj të blloqeve të thjeshta matematike, por metodat e tilla janë aq të ndërlikuara saqë është e pamundur që të jetësohen në praktikë, për vetëm diç më shumë se një grusht atomesh.
“Ikja prej zgjedhjes së zakonshme mes kosotos së saktësisë dhe të llogaritjes është arritja më e lartë në kiminë kuantike”, ka shpjeguar Jan Hermann nga “Freie Universität” në Berlin, i cili i ka dizajnuar tiparet kyç të metodës në studim. “Deri më tani, elementi më i famshëm nga jashtë është teoria funksionale e dendësisë me kosto efektive”.
“Besojmë se ‘Quantum Monte Carlo’ i thellë, qasja që jemi duke e propozuar, mund të jetë e barabartë, nëse jo më e suksesshme. Ofron saktësi të paparë me një kosto llogaritëse të pranueshme”, ka thënë Hermann.
Mënyra e re
Rrjeti i thellë neutral i dizajnuar nga ekipi i profesorit Noé është një mënyrë e re për të përfaqësuar funksionet e valës së elektroneve.
“Në vend të qasjes standarde të përzierjes së funksionit të valës nga komponentët relativisht të thjeshtë matematikorë, ne kemi dizajnuar një rrjet artificial neutral që është i aftë për të mësuar modelet komplekse të mënyrës se si elektronet janë të vendosura përreth bërthamës”, ka shpjeguar Noé. “Një tipar i veçantë i funksioneve elektronike të valës është antisimetria e tyre. Kur dy elektrone shkëmbehen, funksioni i valës duhet ta ndryshojë shenjën e tij. Na është dashur ta ndërtojmë këtë masë në një arkitekturë neutrale të rrjetit për t’iu qasur punës”, ka shtuar Hermann.
Ky tipar, i njohur si “parimi i përjashtimit i Paulit” është arsyeja pse autorët e kanë quajtur metodën e tyre “PauliNet”.
Përveç parimit të përjashtimit të Paulit, funksionet elektronike të valës kanë gjithashtu edhe karakteristika të tjera themelore fizike dhe pjesa më e madhe e suksesit të tillë inovativ është se i integron këto karakteristika në rrjetin e thellë neutral, në vend se ta lërë që mësimi i thellë t’ua sqarojë vetëm duke i studiuar të dhënat.
“Krijimi i fizikës themelore në inteligjencën artificiale është thelbësor për aftësinë e tij për të bërë parashikime të kuptimshme në këtë fushë”, ka thënë Noé. “Këtu është vendi ku shkencëtarët mund të japin kontribut të konsiderueshëm në inteligjencën artificiale dhe saktësisht aty ku është i përqendruar grupi im”.
Ka edhe shumë sfida të tjera që duhet të kapërcehen, para se metoda e Hermannit dhe Noés të jetë e gatshme për aplikimin industrial.
“Ky është ende hulumtim themelor”, janë pajtuar autorët, “porse është qasje e freskët ndaj një problemi të vjetruar në shkencën molekulare dhe materiale, ndërsa jemi të emocionuar për mundësitë që i hap”, ka thënë Hermann.
