柏林自由大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種人工智能方法來計算薛定諤方程的基態(tài)。這個薛定諤方程是量子化學(xué)中的基本問題之一。量子化學(xué)的目標(biāo)是完全根據(jù)分子在空間中的排列來預(yù)測分子的化學(xué)和物理特性。

能夠這樣做將消除對資源密集型和耗時的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的需要。原則上，求解薛定諤方程將允許根據(jù)原子在空間中的排列來預(yù)測分子的性質(zhì)。然而，求解方程是極其困難的。研究人員表示，到目前為止，不可能為任意分子找到一個可以有效計算的精確解。

研究人員開發(fā)了一種深度學(xué)習(xí)方法，以實(shí)現(xiàn)前所未有的準(zhǔn)確性和計算效率的結(jié)合。該項目的一位研究人員表示，該團(tuán)隊相信他們的方法可能會對量子化學(xué)的未來產(chǎn)生重大影響。薛定諤方程和量子化學(xué)的中心原則之一通常是波函數(shù)。我們作為一個數(shù)學(xué)對象，完全指定了一個分子的電子行為。

挑戰(zhàn)在于波函數(shù)是一種高維結(jié)構(gòu)，很難捕捉到編碼單個電子的所有細(xì)微差別以及它們?nèi)绾蜗嗷ビ绊?。研究人員開發(fā)的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種表示電子波函數(shù)的新方法。該團(tuán)隊表示，與從相對簡單的數(shù)學(xué)組件組成波函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法不同，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以學(xué)習(xí)電子如何圍繞原子核定位的復(fù)雜模式。

該團(tuán)隊指出，電子波函數(shù)的一個特殊特征是高度不對稱。當(dāng)兩個電子交換時，波函數(shù)必須改變它們的符號。該團(tuán)隊必須將該屬性構(gòu)建到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，以用于他們的工作方法。該特征被稱為泡利不相容原理，這也是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被稱為“泡利網(wǎng)”的原因。對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究正在進(jìn)行中。