Квантова революція підкралася звідки не чекали – китайці зробили, здавалося б, неможливе: на класичному суперкомп’ютері вони запустили квантову симуляцію складних хімічних процесів, чого раніше очікували лише з появою квантових комп’ютерів. У цьому їм допомогла нейромережа, навчена працювати з квантовими рівняннями.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Значного прориву у квантовій хімії досягли китайські фахівці з компанії Sunway, які продемонстрували успішне моделювання складної поведінки молекул на класичному суперкомп’ютері Oceanlite із залученням до вирішення завдання штучного інтелекту. Традиційно такі симуляції вимагають величезної обчислювальної потужності, часто недоступної навіть для найпотужніших у світі обчислювальних платформ через експоненціальне зростання числа квантових станів.
Однак залучення нейронних мереж дозволило подолати ці обмеження, обробивши поведінку майже «справжніх» молекул з десятками електронів і більш ніж 100 спіновими орбіталями – функціями спінових координат, інакше кажучи, комплексною інформацією про спін електрона і його положення в просторі в електронній хмарі в складі молекули.
Тим самим дослідники показали, що для квантової фізики та хімії зовсім не обов’язково чекати приходу квантових комп’ютерів. При певному умінні працювати з квантовим світом можна робити це вже сьогодні.
У квантовій механіці стан системи описується хвильовою функцією Ψ, яка визначає всі можливі конфігурації частинок – від позицій і спінів електронів до енергетичних рівнів і ймовірностей. Зі зростанням числа частинок простір станів експоненціально розширюється, роблячи точне моделювання на класичних комп’ютерах практично неможливим і змушуючи вчених вдаватися до спрощень. Спрощення змушують балансувати між точністю симуляції процесів і необхідними для розрахунків ресурсами. На сучасних суперкомп’ютерах найвищої точності можна досягти лише при моделюванні зовсім простих молекул, що не дає розгорнутися для наукових проривів.
Тоді китайські інженери почали розглядати варіант стику ШІ та квантових симуляцій, що призвело до розробки нейронних мереж квантових станів – NNQS. Ця технологія дозволила поєднати масштабованість машинного навчання з квантовою точністю. Таким чином з’явилася можливість на звичайній системі моделювати багатоелектронні молекули з сильними кореляціями, в яких взаємодіють десятки та навіть сотні спінових орбіталей.
Нейронну мережу навчили передбачати хвильову функцію для моделювання молекули зі 120 спіновими орбіталями, що стало наймасштабнішою симуляцією на класичному комп’ютері – нехай навіть з приставкою «супер». Мережа оцінювала ймовірні положення електронів, обчислюючи локальні енергії та коригуючи параметри до відповідності реальній квантовій структурі. Цей метод дозволив симулювати динаміку електронів у складних молекулах, відкриваючи шлях до аналізу процесів, раніше недоступних для обчислень.
Розрахунки були виконані на суперкомп’ютері Oceanlite, побудованому на 384-ядерних процесорах Sunway SW26010-Pro. Нюанс у тому, що ця система створювалася для високопродуктивної обробки даних, а не для ШІ. Для «підселення» ШІ на незвичну для нього обчислювальну архітектуру довелося адаптувати програмне забезпечення, щоб забезпечити найвищий паралелізм і оптимальне завантаження всіх мільйонів ядер платформи. Оптимізація була проведена настільки блискуче, що забезпечила 92% сильного і 98% слабкого масштабування завдань при підгонці «заліза» під програмне навантаження.
В цілому китайська класична платформа впоралася з хімічною симуляцією молекул зі 120 спіновими орбіталями – немислимий раніше масштаб для квантової симуляції на класичних платформах. Без зайвої скромності вчені заявили про прорив для ШІ у квантовому моделюванні. І це матиме наслідки. Сподіваємося, хороші.
Читайте також:
- Квантовий комп’ютер проти домашнього ПК: Різниця, яка вас здивує
- Квантові схеми та надпровідність: за що присудили Нобелівську премію з фізики 2025