MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Около 100 лет назад в зарождающейся физике элементарных частиц возникла проблема, которую, как оказалось, в принципе невозможно решить в разумное время. Речь идёт о решении конфигурационных интегралов, значения которых могли рассказать о термодинамических и механических свойствах материалов на атомном уровне. Неисчислимое множество частиц и условий настолько усложняли расчёты, что для них не хватило бы времени жизни Вселенной. И учёные решились на подлог.
Источник изображения: ИИ-генерация Grok 4/3DNews
Невозможность прямого решения задачи привела к появлению статистической физики и ряда моделей для симуляции поведения атомов в веществе (метод Монте-Карло и другие). Но даже самые совершенные модели заставляли суперкомпьютеры месяцами трудиться над, казалось бы, простыми задачами. Поэтому при использовании традиционных подходов часто жертвуют точностью ради скорости расчётов, особенно при моделировании реальных материалов в экстремальных условиях.
Исследователи из Университета Нью-Мексико (The University of New Mexico) и Лос-Аламосской национальной лаборатории (Los Alamos National Laboratory) представили новый ИИ-фреймворк THOR (Tensors for High-dimensional Object Representation), который радикально меняет ситуацию при расчётах взаимодействия атомов в веществе. THOR сочетает современные тензорные сети с машинным обучением и таким подходом, как тензорная кросс-интерполяция (tensor train cross interpolation).
Алгоритм разбивает многомерную задачу на последовательность более простых задач, а также автоматически учитывает кристаллические симметрии материала и тем самым существенно сокращает объём вычислений, сохраняя точность, близкую к классическим методам статистического моделирования. На отдельных примерах ускорение вычислений составило более чем в 400 раз.
Метод был успешно протестирован на ряде реальных веществ: меди, кристаллическом аргоне под высоким давлением, фазовых переходах в олове и других материалах. Во всех случаях THOR воспроизвёл результаты высокоточных эталонных симуляций, ранее проведённых в Лос-Аламосской национальной лаборатории, но с кардинальным сокращением времени расчётов. Фреймворк демонстрирует универсальность: он применим как к простым системам, так и к сложным кристаллическим структурам, что открывает путь к прямым расчётам термодинамического и механического поведения материалов.
Если инструмент будет взят на вооружение, а разработчики позаботились о том, чтобы THOR мог быть встроен в современные программы моделирования атомарной структуры материалов, то это может иметь огромное значение для материаловедения, физики твёрдого тела и химии. Станут возможны быстрые и точные предсказания свойств новых материалов, ускорится разработка сплавов, сверхпроводников, материалов для экстремальных условий и энергетики. Код THOR доступен на GitHub. Пользуйтесь.
Источник:
