طور فريق من العلماء في جامعة برلين الحرة طريقة لحساب الحالة الأساسية لمعادلة شرودنجر في كيمياء الكم بالاعتماد على الذكاء الاصطناعي، وقد يكون لها مستقبلًا تطبيقات عملية لا تحصى، وفقًا لدراسة حديثة نُشِرت في دورية نيتشر كيميستري.

وتهدف كيمياء الكم إلى التنبؤ بالخصائص الكيميائية والفيزيائية للجزيئات بالاعتماد على ترتيب ذراتها في الفضاء ثلاثي الأبعاد، دون الحاجة إلى تجارب مخبرية. وتستغرق تلك التجارب وقتًا طويلًا وموارد كثيرة، وفقًا لموقع فيز دوت أورج. وقد يكون حل معادلة شرودنجر بديلًا عن ذلك نظريًا، لكن حلها صعب جدًا، وفقًا لموقع إنترستنج إنجنيرينج.

وقال البروفيسور فرانك نوي، كبير العلماء في الدراسة «نتوقع أن يؤثر نهجنا على مستقبل كيمياء الكم تأثيرًا كبيرًا.»

والدالة الموجية أساسية في كيمياء الكم ومعادلة شرودنجر، وهي أداة في مجال الرياضيات لتحديد السلوك الشامل للإلكترونات ضمن الجزيء. وتصف الدالة الموجية في ميكانيكا الكم الحالة الكمومية للجسيمات الأولية، وتعين احتمال وجودها في مكان معين. والدالة الموجية كيان عالي الأبعاد، ما يصعب رصد الفروق الدقيقة لتأثير إلكترونات معينة على بعضها. ويصعب التعبير عن هذه الدالة تجريبيًا، ولذا يلجأ العلماء إلى التقديرات التقريبية وتحديد طاقة الجزيئات بالاعتماد على الرياضيات، ما يحد من جودة التنبؤات.

وصمم فريق العلماء شبكة عصبونية عميقة لتمثيل الوظائف الموجية للإلكترونات. وقال نوي «صممنا شبكة عصبونية اصطناعية قادرة على تعلم الأنماط المعقدة لمكان الإلكترونات حول النواة بدلًا من النهج القياسي لإنشاء الدالة الموجية من مكونات رياضية بسيطة نسبيًا.»

وقال يان هيرمان، الباحث في جامعة برلين الحرة، والذي صمم ميزات مهمة للطريقة الجديدة المتبعة في الدراسة «من السمات المميزة لوظائف الموجة الإلكترونية عدم تناسقها. ويجب أن تتغير إشارة الدالة الموجية عند حدوث تبادل لإلكترونين. وكان علينا وضع هذه الخاصية في بنية الشبكة العصبوية ليعمل النهج.»

وما زال أمام العلماء عمل كثير قبل أن تصبح الطريقة الجديدة مناسبة للتطبيقات الصناعية.

وهو نهج جديد لمشكلة قديمة في العلوم الجزيئية والمادية، وستكون لحل معادلة شرودنجر في كيمياء الكم تطبيقات عملية لا تحصى في مجالات عديدة، منها الرؤية الحاسوبية وعلم المواد، ما قد يتيح تطوير منتجات جديدة مذهلة.