Tekoälyn voimaa

Princetonin yliopistossa toimiva tiimi on simuloinut tarkasti jään muodostumisen alkuvaiheita käyttämällä tekoälyä (AI) ratkaisemaan yhtälöitä, jotka ohjaavat yksittäisten atomien ja molekyylien kvanttikäyttäytymistä.

Tuloksena oleva simulaatio kuvaa kuinka vesimolekyylit muuttuvat kiinteäksi jääksi kvanttitarkkuudella. Tämä tarkkuustaso, jota pidettiin saavuttamattomana sen vaatiman laskentatehon vuoksi, tuli mahdolliseksi, kun tutkijat sisällyttivät menetelmiinsä syviä neuroverkkoja.

"Tietyllä tavalla tämä on kuin unelmien täyttymys", sanoi Roberto Car , Princetonin kemian professori, joka oli edelläkävijä molekyylikäyttäytymisen simuloinnissa taustalla olevien kvanttilakien perusteella yli 35 vuotta sitten.

"Toivomme silloin oli, että lopulta pystyisimme tutkimaan tämän kaltaisia järjestelmiä, mutta se ei ollut mahdollista ilman käsitteellistä jatkokehitystä ja kehitys tapahtui aivan toisen alan, tekoälyn ja datatieteen kautta."

Kyky mallintaa veden jäätymisen alkuvaiheita, prosessia, jota kutsutaan jään muodostukseksi, voisi parantaa sää- ja ilmastomallinnuksen tarkkuutta sekä muuta käsittelyä, kuten ruoan pakastamista.

Uuden lähestymistavan avulla tutkijat voivat seurata satojen tuhansien atomien aktiivisuutta ajanjaksoina, jotka ovat tuhansia kertoja pidempiä kuin varhaisissa tutkimuksissa vaikkakin ovat vain sekunnin murto-osia vieläkin.

Kvanttimekaaniset laskelmat ovat monimutkaisiaja vaativat valtavia määriä laskentatehoa. 1980-luvulla tietokoneet pystyivät simuloimaan vain noin sataa atomia muutaman sekunnin biljoonasosien aikana.

Tekoäly tarjosi houkuttelevan mahdollisen ratkaisun. Tutkijat kouluttavat neuroverkkoa tunnistamaan suhteellisen pientä määrä valittuja kvanttilaskelmia. Kun neuroverkko on koulutettu, se voi laskea atomien väliset voimat, joita se ei ole koskaan ennen nähnyt kvanttimekaanisella tarkkuudella. Tämä "koneoppimisen" lähestymistapa on jo käytössä jokapäiväisissä sovelluksissa, kuten puheentunnistuksessa ja itseohjautuvissa autoissa.

Tutkijoiden aikoinaan kehittämän syvän potentiaalin molekyylidynamiikkaa käyttämällä tutkijat pystyivät ajamaan jopa 300 000 atomin simulaatioita huomattavasti pienemmällä laskentateholla, paljon pidempään kuin aiemmin oli mahdollista. He suorittivat simulaatiot Summitilla, yhdellä maailman nopeimmista supertietokoneista, joka sijaitsee Oak Ridge National Laboratoryssa.

Aiheesta aiemmin:

Tekoälylle elinikäistä oppimiskykyä

Pienemmän tehonkäytön neuroverkkoja