Prévision de l'énergie cinétique des systèmes quantiques moléculaires à l'aide de l'intelligence artificielle
La Carl-Zeiss-Stiftung finance un projet de recherche à l'interface de la chimie, de la physique et de l'IA
Les méthodes d'intelligence artificielle doivent aider à prédire l'énergie cinétique des électrons dans les molécules en fonction de leur densité électronique. C'est l'objet d'un projet de recherche interdisciplinaire de l'université de Heidelberg, situé à l'interface de la chimie, de la physique et de la recherche en intelligence artificielle. L'objectif du projet "chimie quantique sans orbitales" est de prévoir les propriétés de systèmes beaucoup plus complexes que ce qui a été possible jusqu'à présent. Le projet a été lancé par les professeurs Fred Hamprecht et Andreas Dreuw du Centre interdisciplinaire de calcul scientifique et par le professeur Maurits W. Haverkort de l'Institut de physique théorique. La Carl-Zeiss-Stiftung a alloué plus de 745 000 euros au financement des travaux de recherche pour une période de deux ans.
En physique classique, l'énergie cinétique des corps est calculée à l'aide de la formule masse multipliée par vitesse au carré. Au niveau des molécules, ce n'est pas si simple, comme le souligne Fred Hamprecht, chef de projet. Les molécules sont constituées de noyaux chargés positivement qui interagissent avec les électrons chargés négativement qui les entourent. L'énergie cinétique des électrons dépend de l'espace dont ils disposent : plus l'espace est réduit, plus l'énergie cinétique est importante. Pour la calculer, il faut une description compliquée avec une "fonction d'onde", qui dépend en même temps des coordonnées de tous les électrons. Selon les chercheurs de Heidelberg, il est théoriquement possible d'obtenir l'énergie totale à partir de la densité totale des électrons, beaucoup plus simple. Jusqu'à présent, il n'existe cependant pas de formule suffisamment précise pour l'énergie cinétique qui permette de le faire.
Dans le cadre du projet "Chimie quantique sans orbitales" financé par la Carl-Zeiss-Stiftung, les professeurs Hamprecht, Dreuw et Haverkort veulent utiliser des méthodes d'intelligence artificielle pour prédire l'énergie cinétique des électrons dans les molécules en se basant uniquement sur la densité électronique. Cela permettra d'étudier des systèmes moléculaires complexes à l'aide de la mécanique quantique, sans avoir besoin d'une description compliquée avec une "fonction d'onde". Fred Hamprecht effectue des recherches sur les méthodes d'intelligence artificielle pour les sciences naturelles, en se concentrant actuellement sur la chimie quantique. Andreas Dreuw étudie des questions chimiques et physiques à l'aide de méthodes modernes de calcul et de chimie quantique. Les projets de recherche de Maurits W. Haverkort visent à prédire les propriétés de systèmes quantiques complexes et de matériaux quantiques sur la base de méthodes et de modèles théoriques novateurs.
La Carl-Zeiss-Stiftung finance le projet "Chimie quantique sans orbitales" dans le cadre de son programme "CZS Wildcard". La fondation soutient ainsi des projets de recherche interdisciplinaires et non conventionnels dans les disciplines STIM qui en sont à un stade de développement très précoce et qui impliquent au moins trois scientifiques.
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