„Nalazimo se na početku nove ere“: AI i kvanto računarstvo ubrzavaju razvoj kvantnih materijala

Kvantni materijali su klasa egzotičnih materijala sa posebnim svojstvima kojima upravlja kvantna mehanika, a ne klasična fizika. Ta svojstva, kao što su superprovodljivost, kvantno sprezanje i neobični oblici magnetizma, često potiču iz sićušnih ponavljajućih obrazaca atoma unutar kristala, ali se pametnim inženjeringom mogu posmatrati i kontrolisati u ljudskoj veličini. Kvantni materijali pomažu u pokretanju brzorastućeg polja kvantnog računarstva i mogli bi pronaći svoj put do budućih generacija energetski efikasne elektronike, piše EurekAlert!

Dizajniranje novih materijala od atomskog nivoa naviše, međutim, zahteva intenzivno modelovanje i simulaciju. Neki materijali mogu izgledati obično kada se posmatraju kao mali klasteri atoma, ali otkrivaju nova i korisna svojstva kada se njihovi atomski gradivni blokovi ponavljaju i uzajamno deluju na većim udaljenostima. Istraživači moraju biti u stanju da precizno predvide ponašanja na velikim skalama kako bi pronašli materijale sa praktičnom primenom – u suprotnom je dizajniranje novih materijala spor i skup proces sa mnogo pokušaja i grešaka.

Preporučujemo

U poslednjih 50 godina, superračunari su pomogli naučnicima da reše neke od tih teških problema predviđanja, ali dve nedavne studije sa Univerziteta u Vašingtonu pokazuju kako novije tehnike računarstva mogu pomoći istraživačima da uoče obećavajuće kvantne materijale. Prva studija, objavljena u Proceedings of the National Academy of Sciences, pokazuje kako istraživači mogu koristiti veštačku inteligenciju da simuliraju desetine atomskih slojeva naslaganih u zamršenim obrascima, što je proces koji proizvodi složena i potencijalno korisna kvantna ponašanja. Druga studija, objavljena u Nature Communications, pokazuje kako kvantni računari mogu kreirati samousavršavajuću petlju dizajna otkrivanjem novih materijala koji bi i sami mogli biti komponente budućih kvantnih računara.

– Ono što je uzbudljivo je to što veštačka inteligencija i kvantno računarstvo počinju da menjaju ne samo to koje probleme možemo da rešimo, već i način na koji sprovodimo istraživanja – rekao je Ting Cao, profesor nauke o materijalima i inženjerstva na Univerzitetu u Vašingtonu i vodeći autor obe studije.

Ova dva nova alata – AI (veštačka inteligencija) i kvantno računarstvo – komplementarna su po tome što je svaki izvrstan u različitoj vrsti problema simulacije. Uz odgovarajuću obuku, model veštačke inteligencije može delovati kao brza i relativno jeftina zamena za superračunar, ekstrapolirajući ponašanje ogromnih materijalnih sistema iz relativno malog skupa podataka. Cao i saradnici koristili su ovaj pristup da virtualno slažu slojeve atoma jedne na druge iznova i iznova – proces koji je stvorio potpuno nove fenomene koji su bili odsutni na manjoj skali, ali bi njihovo modelovanje tradicionalnim superračunarstvom bilo nepraktično. Odatle istraživači mogu pokušati da naprave najobećavajuće materijale u laboratoriji kako bi potvrdili simulacije.

– Sledeći korak je spajanje ovih alata – rekao je Cao.

– Nalazimo se na početku nove ere – rekao je Di Sjao, profesor i šef katedre za nauku o materijalima i inženjerstvo na Univerzitetu u Vašingtonu i koautor obe studije. – Naša oblast se fundamentalno menja. Stvari koje su pre samo par godina bile doslovno nemoguće sada postaju rutina. A mi tek počinjemo da uviđamo šta će AI i kvantno računarstvo omogućiti za kvantne materijale.

(Telegraf Nauka/EurekAlert!)