Программа решает самую сложную физическую задачу в часы. Хотя суперкомпьютеры борются в течение нескольких недель.
Ученые из Лос-Аламос Национальной лаборатории и Университета Нью-Мексико представили искусственный интеллект, который касался одной из самых сложных проблем физики-расчет интеграла конфигурации. Новый подход называется Thor (тензоры для высокоразмерного репрессирования объекта) и использует методы тензорных сетей для решения уравнения, описывающего взаимодействие частиц в материале.
Интеграл конфигурации лежит в основе статистической механики и напрямую связан с поведением веществ при нагрузке, при высоком давлении или во время фазовых переходов. Эта задача настолько трудоемкая, что даже их суперкомпьютерам нужны недели, чтобы рассчитать ее. Тор уменьшается на этот раз до часов и даже секунд, сохраняя при этом точности.
Боян Александров, старший исследователь Лос -Аламоса, который руководит проектом, подчеркивает, что именно расчет интеграла конфигурации всегда был близким местом в материальной науке. Он объяснил, что точное определение термодинамического поведения дает более глубокое понимание процессов в металлургии и высоких давления.
Чтобы представить масштаб проблемы, авторы дают своего рода сравнение: как будто необходимо было рассчитать все возможные варианты сборки миллиардов кубиков LEGO. Количество комбинаций увеличивается настолько быстро, что традиционные методы бесполезны. Тор решает проблему «проклятия размера», разбивая огромный набор данных на более простые взаимосвязанные блоки, так называемые. Тенсорные композиции. В сочетании с алгоритмом интерполяции этот метод ускоряет работу сотни раз. В то же время модель остается такой же точной, как и молекулярно-динамическое моделирование, в то же время примерно в 400 раз быстрее их.
Разработка была протестирована на трех веществах. Для меди значения внутренней энергии и давления высокой плотности были точно воспроизведены. В аргоне расчеты совпали с результатами, полученными с помощью машинного обучения, даже при гигапаскальных давлениях. Для Калии можно было имитировать фазовый переход твердого тела тела и построить полную фазовую диаграмму только в течение 5,8 вычислений. Для сравнения, предыдущие методы заняли около 2560 часов.
Результаты имеют практическое значение далеко за пределами теории. Быстрые и точные модели будут ускорять спрос на новые сплавы, помочь создать более надежные материалы для космической промышленности и помогут разработать решения для чистой энергии и электроники.
Авторы подчеркивают, что если Тор решил одну из самых «страшных» проблем в физике, то в будущем он сможет изменить подход к расчетам высокоразмерных и в других дисциплинах — от химии и биологии до материальной науки и инженерии.
