Оглавление

Исследователи из Массачусетского технологического института представили метод, который заставляет генеративные модели ИИ создавать материалы с экзотическими квантовыми свойствами. Технология SCIGEN позволяет задавать структурные ограничения для моделей диффузии, направляя их к генерации перспективных материалов для квантовых вычислений и сверхпроводимости.

Проблема стандартных генеративных моделей

Генеративные модели материалов от таких компаний, как Google, Microsoft и Meta*, способны создавать миллионы новых материалов, но они оптимизированы в первую очередь для стабильности. Когда дело доходит к проектированию материалов с экзотическими квантовыми свойствами — сверхпроводимостью или уникальными магнитными состояниями — эти модели демонстрируют слабые результаты.

Мингда Ли, профессор MIT, объясняет: «Модели этих крупных компаний генерируют материалы, оптимизированные для стабильности. Наша точка зрения заключается в том, что это не тот путь, которым обычно развивается материаловедение. Нам не нужно 10 миллионов новых материалов, чтобы изменить мир. Нам нужен всего один действительно хороший материал».

Как работает SCIGEN

SCIGEN (Structural Constraint Integration in GENerative model) — это компьютерный код, который обеспечивает соблюдение пользовательских ограничений на каждом шаге итеративной генерации. Технология позволяет задавать геометрические структурные правила, которым должна следовать модель при создании материалов.

Модели диффузии ИИ работают путем выборки из обучающего набора данных для генерации структур, отражающих распределение структур, найденных в наборе данных. SCIGEN блокирует генерации, которые не соответствуют структурным правилам.

Вот и получилось, что ИИ, который должен помогать совершать прорывы, сам нуждается в «костылях» для выхода за рамки усредненных решений. SCIGEN — это по сути кривое зеркало, отражающее фундаментальную проблему генеративных моделей: они прекрасно усредняют, но с трудом выходят за пределы тренировочных данных.

Практические результаты

Исследователи применили SCIGEN к популярной модели генерации материалов DiffCSP и заставили ее создавать материалы с уникальными геометрическими паттернами — архимедовыми решетками. Эти двумерные мозаики из различных многоугольников могут приводить к целому ряду квантовых явлений.

Муянг Ченг, соавтор работы, отмечает: «Архимедовы решетки порождают квантовые спиновые жидкости и так называемые плоские зоны, которые могут имитировать свойства редкоземельных элементов без самих редкоземельных элементов, поэтому они чрезвычайно важны».

Из миллионов сгенерированных кандидатов исследователи синтезировали два реальных материала с экзотическими магнитными свойствами, подтвердив практическую ценность подхода.

Перспективы применения

  • Квантовые вычисления — материалы с кагоме-решетками
  • Сверхпроводимость — квадратные решетки для высокотемпературных сверхпроводников
  • Захват углерода — материалы с большими порами
  • Замена редкоземельных элементов — имитация свойств дорогих материалов

Исследование опубликовано в журнале Nature Materials и представляет значительный шаг вперед в целевой генерации материалов с помощью ИИ. По сообщению MIT News, технология уже показала практические результаты.

* Meta (признана экстремистской и запрещена в РФ)