Una IA consigue resolver la ecuación de Schrödinger
El logro abre inmensas posibilidades para el desarrollo de la química cuántica
Actualizado:Un
equipo de investigadores de la Freie Universität, en Berlín, ha
conseguido desarrollar un método basado en Inteligencia Artificial para resolver el estado fundamental de la ecuación de Schrödinger en
química cuántica. El objetivo de la química cuántica es predecir las
propiedades químicas y físicas de las moléculas basándose únicamente en
la disposición de sus átomos en el espacio, lo que evita tener que hacer
costosos y largos experimentos de laboratorio que consumen una gran
cantidad de recursos.
En teoría, eso solo sería posible
resolviendo la ecuación de Schrödinger, algo que en la práctica resulta
extremadamente difícil.
Hasta ahora, en efecto, había sido imposible encontrar una solución exacta de
la ecuación para aplicarla al estudio y desarrollo de moléculas, ya que
los cálculos necesarios son tan complicados que a menudo no resulta
práctico abordarlos.
Pero los investigadores de la Freie
Universität han abordado el problema desde un punto de vista totalmente
distinto, desarrollando un método de deep learning «aprendizaje
profundo» que ha demostrado ser capaz de conseguir una combinación sin
precedentes de precisión y eficiencia computacional. «Creemos que
nuestro enfoque —afirma Frank Noé, director del estudio— puede tener un impacto significativo en el futuro de la química cuántica». Los resultados del trabajo se acaban de publicar en « Nature Chemistry».
La esquiva función de onda
Tanto la química cuántica como la ecuación de Schrödinger, formulada en 1925 por el físico austríaco Erwin Schrödinger, se basan en un parámetro fundamental llamado «función de onda», un objeto matemático que especifica cómo es el comportamiento de los electrones dentro de una molécula.
La
función de onda, sin embargo depende de un gran número de variables,
por lo que es extremadamente difícil capturar todos y cada uno de los
matices que determinan cómo exactamente cada electrón individual
interactúa con todos los demás que hay en la molécula. De hecho, muchos
métodos para el estudio de la química cuántica prescinden por completo
de la función de onda y, en cambio, se conforman con determinar la
cantidad total de energía de una molécula determinada. Lo cual se traduce en resultados inexactos y aproximaciones que limitan la capacidad de predicción de esos métodos.
Otras
técnicas, por el contrario, representan las complejidades de la función
de onda utilizando una inmensa cantidad de «ladrillos» matemáticos
simples, pero tales métodos resultan tan complejos que son imposibles de
poner en práctica para más allá de un simple puñado de átomos.
«Escapar
del equilibrio habitual entre precisión y coste computacional —explica
Jan Hermann, coautor de la investigación— es el mayor logro de la
química cuántica. Creemos que el método Quantum Monte Carlo, el
enfoque que proponemos, podría tener el mismo éxito, si no más, que los
métodos más populares, porque ofrece una precisión sin precedentes a un
coste computacional que aún es aceptable».
Una nueva aproximación
La red neuronal profunda diseñada por el equipo de Noé
es, de hecho, una forma de representar las funciones de onda de los
electrones. «En lugar del enfoque estándar de componer la función de
onda a partir de componentes matemáticos relativamente simples —explica
el investigador—, diseñamos una red neuronal artificial capaz de
aprender los patrones complejos de cómo se ubican los electrones
alrededor de los núcleos».
«Una característica peculiar de las
funciones de ondas electrónicas —añade Hermann— es su antisimetría.
Cuando se intercambian dos electrones, la función de onda debe cambiar
de signo. Tuvimos que construir esta propiedad en la arquitectura de la
red neuronal para que el enfoque funcionara». Esta característica,
conocida como «principio de exclusión de Pauli» es la razón por la que los científicos bautizaron su método como «PauliNet».
Además
del principio de exclusión de Pauli, las funciones de onda electrónicas
también tienen otras propiedades físicas fundamentales, y gran parte
del éxito innovador de PauliNet es que integra estas propiedades en la red neuronal profunda.
«Incorporar la física fundamental a la IA es esencial para su capacidad
de realizar predicciones significativas —dice Noé—. Aquí es realmente
donde los científicos pueden hacer una contribución sustancial a la IA, y
ese es exactamente en lo que se centra mi grupo».
Por supuesto, aún quedan muchos desafíos por superar antes
de que el método de Hermann y Noé esté listo para su aplicación
industrial. «Esta sigue siendo una investigación fundamental —escriben
los autores— pero se trata de un nuevo enfoque para un antiguo problema
en las ciencias moleculares y de materiales, y estamos entusiasmados con
las posibilidades que abre».
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https://www.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-inteligencia-artificial-resuelve-ecuacion-schrodinger-20201222102310.html?fbclid=IwAR3TUXs7mT29eFpXMsO1nSAtBa-1vP1-og0V_uZWQGFY_wWditNGgt-8DO8
LA inteligencia artificial resuelve la ecuación de Schrödinger
https://www.rtve.es/m/alacarta/videos/la-hora-de-la-1/nueva-mutacion-coronavirus-deborah-ciencia/5745021/?fbclid=IwAR0ZwUZ9EdTgAxBgzwVF7uymCN0b40wp9EOSEhaFrcojjxf-Sp2_YXOsmjg
https://www.larazon.es/ciencia/20201203/6rs37gnn4vb6lbjgpojybi6sga.html?fbclid=IwAR3CxeX7RRyWYDoV6aX-IONmwY5H6D9Q2iqtD8a8baJOaHzd5B_2TS2wqMM
Científicos de la NASA - National Aeronautics and Space Administration lograron algo parecido a la 'teletransportación cuántica' por primera vez en la historia.
El
laboratorio de propulsión de la NASA demostró con éxito la
teletransportación sostenida a larga distancia de qubits de fotones con
una fidelidad superior al 90%. Los qubits fueron teletransportados a 44
kilómetros a través de una red de fibra óptica utilizando detectores de
fotón único de última generación y equipos listos para usar.
La
teletransportación cuántica es una transferencia 'incorpórea' de estados
cuánticos de un lugar a otro. La teletransportación cuántica de un
qubit se logra mediante el entrelazamiento cuántico, en el que dos o más
partículas están indisolublemente unidas entre sí. Si un par de
partículas entrelazadas se comparte entre dos ubicaciones separadas, sin
importar la distancia entre ellas, la información codificada se
teletransporta.
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