پیشرفت محققان چینی؛ شبیهسازی شیمی کوانتومی به کمک ابرکامپیوتر کلاسیک
تحقیقات انجامشده توسط دانشمندان چینی به آنها این امکان را داد که از یک مدل هوش مصنوعی و ابرکامپیوتر Oceanlite بهمنظور شبیهسازی شیمی کوانتومی پیچیدهای بهرهبرداری کنند. این موفقیت با بهکارگیری ۳۷ میلیون هسته پردازشی حاصل شد و پیشتر تصور میشد که تنها کامپیوترهای کوانتومی قادر به انجام چنین کاری باشند.
بهگفته Tom’s Hardware، در علم مکانیک کوانتوم، وضعیت یک سیستم (مانند موقعیت یا انرژی الکترونها در یک مولکول) از طریق «تابع موج» مشخص میشود. چالش اصلی در اینجا آن است که با افزایش تعداد ذرات، پیچیدگی تابع موج بهطرزی نمایی افزایش پیدا میکند. این حجم وسیع از محاسبات تقریباً شبیهسازی دقیق مولکولهای پیچیده را برای ابرکامپیوترهای کلاسیک کنونی غیرممکن میسازد. به همین خاطر، پژوهشگران معمولاً به استفاده از روشهای تقریبی روی میآورند تا معادلات کوانتومی را سادهسازی کنند، روشهایی که دقت را sacrifice میکنند و معمولاً محدود به مولکولهای کوچک میباشند.
دستاورد دانشمندان چینی در عرصه مدلسازی شیمی کوانتومی
برای غلبه بر این چالش، فیزیکدانان طی چندین سال، روشی نوین به نام «شبکه عصبی حالتهای کوانتومی» (NNQS) را معرفی کردند. در این شیوه، مدل هوش مصنوعی بهمنظور تقریب و مدلسازی تابع موج پیچیده آموزش میبیند.
در تحقیقات اخیر، پژوهشگران یک چارچوب اختصاصی NNQS ایجاد کردند. این شبکه عصبی برای تقریب تابع موج مولکولی آموزش دیده و مکانهای محتمل الکترونها را پیشبینی میکند. سیستم برای هر آرایش الکترونی، انرژی محلی را محاسبه کرده و شبکه را بهنحوی تنظیم میکند که پیشبینیهای آن با الگوی واقعی انرژی کوانتومی مولکول هماهنگ شود.
این شبیهسازیها بر روی یک سیستم مولکولی شامل ۱۲۰ اوربیتال اسپین انجام شد، که بزرگترین محاسبه شیمی کوانتومی مبتنی بر هوش مصنوعی محسوب میشود که تاکنون بر روی یک ابرکامپیوتر کلاسیک اجرا گردیده است. این محاسبات عظیم بر روی ابرکامپیوتر Oceanlite در چین و با کمک ۳۷ میلیون هسته پردازشی محقق شد.
نکته حائز اهمیت اینکه ابرکامپیوتر Oceanlite از پردازندههای Sunway SW26010-Pro استفاده میکند، که معماری آن بهطور خاص برای «محاسبات با کارایی بالا» (HPC) بهینهسازی گردیده و نه برای هوش مصنوعی. البته محققان ناچار به بازطراحی نرمافزار خود شدند.
بهطورکلی، این دستاورد نشاندهنده توانایی استفاده از روش NNQS در تحقیقات عملی فیزیک کوانتومی بر روی ابرکامپیوترهای کلاسیک مدرن است. با این حال، همچنان مشخص نیست که آیا بهکارگیری یک ابرکامپیوتر بسیار بزرگ مانند Oceanlite برای این نوع تحقیقات از نظر مصرف انرژی نیز بهینه است یا خیر.
