Inteligência Artificial resolve a equação de Schrodinger

CC0

Uma equipa de cientistas da Freie Universitat Berlin desenvolveu um método de inteligência artificial para calcular o estado fundamental da equação de Schrodinger em química quântica.

O objetivo da química quântica é prever as propriedades químicas e físicas das moléculas com base nos seus átomos no espaço, evitando a necessidade de experiências de laboratório que consomem muito mais recursos e tempo. Em princípio, o novo método pode ter alcançado a resolução da equação de Schrödinger, mas na prática isso é extremamente difícil.

Até agora, foi impossível encontrar uma solução exata para moléculas arbitrárias que podem ser calculadas com eficiência. Porém, a equipa da Freie Universität desenvolveu um método de aprendizagem profundo que pode alcançar uma combinação de precisão e eficiência computacional.

A Inteligência Artificial tem vindo a transformar muitas áreas tecnológicas e científicas, da visão computacional à ciência dos materiais. “Acreditamos que a nossa abordagem pode impactar significativamente o futuro da química quântica“, disse  Frank Noé, autor principal do estudo. Os resultados foram publicados na revista Nature Chemistry.

Uma das coisas fundamentais em química quântica e na equação de Schrödinger, é a função de onda – um objeto matemático que especifica o comportamento dos eletrões presentes numa molécula, recorda o Phys. A função de onda é uma entidade de alta dimensão e, portanto, é extremamente difícil capturar todas as nuances que codificam de que forma os eletrões individuais se ligam entre si.

Vários métodos de química quântica desistem de expressar a função de onda por completo, em vez de tentar apenas determinar a energia de uma dada molécula. No entanto, isso requer que sejam feitas aproximações, limitando a qualidade de previsão de tais métodos.

Outros métodos representam a função de onda com o uso de um número imenso de blocos de construção matemáticos simples, mas estes métodos são tão complexos que são impossíveis de colocar em prática com muitos átomos.

“Escapar do trade-off entre precisão e custo computacional é a maior conquista da química quântica”, explica Jan Hermann da Freie Universität Berlin.

O especialista refere que “por enquanto, o mais popular desses valores é a teoria funcional da densidade extremamente económico. Acreditamos que o “Quantum Monte Carlo”, a abordagem que estamos a propor, poderia ser igualmente, se não mais bem-sucedida, pois oferece precisão com um custo computacional aceitável”.

A rede neural profunda projetada pela equipa do professor Noé é uma nova maneira de representar as funções de onda dos eletrões. “Em vez da abordagem padrão de compor a função de onda a partir de componentes matemáticos relativamente simples, pensamos numa rede neural artificial capaz de aprender os padrões complexos de como os eletrões estão localizados ao redor dos núcleos”, explica o autor do estudo.

“Uma característica peculiar das funções de onda eletrónica é a sua antissimetria. Quando dois eletrões são trocados, a função da onda deve mudar o seu sinal. Tivemos que construir essa propriedade na arquitetura da rede neural para que a abordagem funcionasse”, acrescenta Hermann. Esse recurso, conhecido como “princípio de exclusão de Pauli”, é o motivo pelo qual os autores chamaram o novo método de “PauliNet”.

Além do princípio de exclusão de Pauli, as funções de onda eletrónica também têm outras propriedades físicas fundamentais, e muito do sucesso inovador do PauliNet deve-se ao facto de este integrar estas propriedades na rede neural profunda, em vez de permitir que a aprendizagem as solucione observando apenas os dados.

Frank Noé sustenta que “construir a física fundamental na IA é essencial para a capacidade de fazer previsões significativas no campo. É aqui que os cientistas podem dar uma contribuição substancial à IA e é exatamente no que estamos focados”.

No entanto, o estudo refere que ainda há muitos desafios a serem superados antes que o método de Hermann e Noé esteja pronto para aplicação industrial.

Ana Moura, ZAP //

PARTILHAR

RESPONDER

Descoberto antídoto contra agentes nervosos tipo Sarin e Novichok

Uma equipa do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), nos Estados Unidos, desenvolveu um antídoto que neutraliza a exposição ao envenenamento por agente nervoso. O estudo, que foi publicado na revista Scientific Reports, foi o resultado de …

Marte sobreviveu a super-erupções (que libertaram "oceanos" de poeira e gases tóxicos)

A região de Arabia Terra, situada no norte de Marte, já foi palco de erupções suficientemente potentes para libertar "oceanos" de poeira e gases tóxicos no ar.  A NASA confirmou, recentemente, que uma região do norte …

Vulcão, La Palma

O Cumbre Vieja também tem negacionistas. "É tudo orquestrado"

Nos últimos dias, as redes sociais têm-se tornado o palco dos "negacionistas dos vulcões" que defendem que, por trás da erupção do Cumbre Vieja, há mão humana. Nas redes sociais já há negacionistas do vulcão Cumbre …

Selecção da Lituânia falhou os Mundiais porque...chegou atrasada

Per Strand venceu, António Morgado ficou em sexto, mas os ciclistas da Lituânia acabaram por marcar a prova de estrada de juniores, nos Mundiais em Flandres. Per Strand Hagenes é o novo campeão mundial júnior de …

Gil Vicente 1-2 Porto | Dragão canta de galo com dois golaços

Foi sofrer até ao fim. Sérgio Conceição tinha alertado que não seria fácil bater o Gil Vicente e foi isso que ocorreu na noite desta sexta-feira em Barcelos. O FC Porto apenas a um minuto dos …

Na II Guerra Mundial, um erro "humilhante" destruiu dois imponentes navios de guerra da Marinha Real

No dia 10 de dezembro de 1941, os japoneses afundaram os imponentes Prince of Wales e Repulse. A culpa foi do almirante Thomas Phillips que, na sequência de um "erro humilhante", acabou também por falecer. Winston …

O robô Atlas, da Boston Dynamics, faz parkour (e até dá um mortal para trás)

O Atlas é, sobretudo, um projeto de investigação: um robô que ajuda os engenheiros da Boston Dynamics a trabalhar em melhores sistemas de controlo e perceção. O parkour é um verdadeiro desafio para os seres humanos, …

Na Tailândia, um "cemitério" de táxis foi transformado numa horta sobre rodas

Desde pimentos a pepinos, beringelas e até mangericão. Num parque de estacionamento ao ar livre em Banguecoque, os táxis abandonados transformam-se em hortas para alimentar os trabalhadores. A pandemia de covid-19 obrigou os táxis de Banguecoque …

Morreu o "último nazi" canadiano, aos 97 anos

Um ucraniano que serviu como tradutor no regime nazi morreu na quinta-feira na sua casa, em Ontário, no Canadá, encerrando uma luta de décadas para deportá-lo e acusá-lo de cúmplice no assassinato de dezenas de …

No Sri Lanka, elefantes traficados foram resgatados. Mas voltaram às pessoas que os compraram ilegalmente

Um tribunal do Sri Lanka devolveu elefantes resgatados a pessoas influentes que foram acusadas de os terem comprado ilegalmente. Durante alguns anos, elefantes selvagens permaneceram na corda bamba de uma intensa batalha de custódia judicial entre …