Созданная в России система ИИ ускорит поиск новых сверхпроводников. Нейросеть предсказывает их поведение, не прибегая к долгим вычислениям.
Группа российских учёных из нескольких российских научных центров, включая МФТИ, НИУ ВШЭ и НИЯУ МИФИ создали систему искусственного интеллекта, которая способна решать сложнейшие уравнения, описывающие поведение сверхпроводников на микроскопическом уровне. Разработка ускоряет поиск новых материалов с уникальными свойствами и помогает углублять понимание квантовых эффектов.
Нейросеть прогнозирует сложные структуры
Исследователи применили современные методы машинного обучения к фундаментальным задачам физики конденсированного состояния и в результате получили инструмент, который не просто быстро считает. Он открывает новые возможности для научного поиска.
Нейросеть сначала «тренируют» на точных и очень ресурсоёмких квантовых расчётах для небольших атомных систем. «Отучившись», нейросеть сможет прогнозировать свойства более крупных и сложных структур, которые прежде было невозможно смоделировать в короткие сроки.
И теперь то, что раньше занимало месяцы вычислений на суперкомпьютерах, благодаря российским учёным можно высчитать за часы или даже минуты. Исследователи не просто экономят время вычислений, они меняют парадигму научного эксперимента. Не нужно будет перебирать тысячи гипотетических материалов «в цифре», прежде чем переходить к дорогостоящим лабораторным синтезам.
Значение открытия
Что это даст науке? Прежде всего, глобальное ускорение фундаментальных исследований. Гипотезы будут проверяться быстрее, соответственно будут чаще генерироваться новые идеи. Квантовая физика и материаловедение выйдут на новый уровень.
Вячеслав Неверов - научный сотрудник Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИМы обучаем ИИ на большом массиве данных: множество "фотографий" поверхности сверхпроводника с дефектами сопоставляются с точными расчетами его свойств для этих же малых областей. После обучения мы можем подать на вход сети "фотографию" дефектов для образца любого размера, и ИИ почти мгновенно предскажет распределение сверхпроводящих свойств без выполнения трудоемких расчетов
Промышленность получит возможность целенаправленно искать материалы с рекордной проводимостью. А это создание более эффективных двигателей, энергосетей нового поколения, компактных медицинских томографов.
Учёные всего мира сейчас бьются над созданием сверхпроводников, которые работают при комнатной температуре, и благодаря которым электричество могло бы передаваться без потерь. Разработка российских исследователей делает огромный шаг в этом направлении.
Использование Искусственного интеллекта для открытия новых материалов (направление AI for Materials Discovery) – общемировой тренд. Японские учёные из университета Тохоку тоже работают над применением ИИ для анализа механизмов сверхпроводимости. Это открывает перед российскими учеными перспективы сотрудничества. Но экспортироваться будут не сами суперпроводники, а знания и инструменты - программное обеспечение для научных расчётов, алгоритмы ИИ, вычислительные платформы, что даст потенциал для интеграции российских научных центров в глобальные исследовательские экосистемы.
Что меняет технология для России?
Есть нескольких ключевых направлений. В электронике и энергетике сверхпроводники позволят передавать ток практически без потерь, что критически важно для эффективности сетей. Большинство платформ для квантовых вычислений используют сверхпроводящие элементы, и ускорение их разработки–стратегическая задача.
Ускорители частиц, телескопы, высокочувствительные датчики – все выигрывают с появлением новых материалов.
За последние пять лет использование ИИ в физике материалов превратилось из экзотики в мейнстрим. Эксперименты с генеративными алгоритмами для прогнозирования кристаллических структур в России начались 2024 году. Нынешняя разработка – один из закономерных этапов пути научной мысли.
Сокращение времени на поиск перспективных сверхпроводников с десятилетий до нескольких лет станет мощным катализатором технологической революции.
Плод коллективного труда российских учёных – нейросеть, ускоряющая поиск новых сверхпроводников – демонстрирует, что умение быстро моделировать и предсказывать свойства материалов будущего, определяет лидеров следующей технологической эпохи.