Previsione dell'energia cinetica dei sistemi quantistici molecolari mediante l'intelligenza artificiale
La Carl-Zeiss-Stiftung finanzia un progetto di ricerca all'interfaccia tra chimica, fisica e ricerca sull'IA
I metodi di intelligenza artificiale devono aiutare a prevedere l'energia cinetica degli elettroni nelle molecole in base alla loro densità elettronica. È questo l'obiettivo di un progetto di ricerca interdisciplinare dell'Università di Heidelberg, situato all'interfaccia tra chimica, fisica e ricerca sull'intelligenza artificiale. L'obiettivo del progetto "Quantum Chemistry without Orbitals" è quello di prevedere le proprietà di sistemi molto più complessi di quanto sia stato finora possibile. Il progetto è stato avviato dal Prof. Dr. Fred Hamprecht e dal Prof. Dr. Andreas Dreuw dell'Interdisciplinary Center for Scientific Computing e dal Prof. Dr. Maurits W. Haverkort dell'Institute for Theoretical Physics. La Carl-Zeiss-Stiftung ha stanziato più di 745.000 euro per finanziare il lavoro di ricerca per un periodo di due anni.
Nella fisica classica l'energia cinetica dei corpi si calcola con la formula massa per velocità al quadrato. A livello di molecole, però, questo non è così semplice, come sottolinea il responsabile del progetto Fred Hamprecht. Le molecole sono costituite da nuclei con carica positiva che interagiscono con gli elettroni circostanti con carica negativa. In questo caso, l'energia cinetica degli elettroni dipende dallo spazio a loro disposizione: più piccolo è lo spazio, più grande è l'energia cinetica. Per calcolarla è necessaria una complicata descrizione con una "funzione d'onda", che dipende allo stesso tempo dalle coordinate di tutti gli elettroni. Secondo i ricercatori di Heidelberg, è teoricamente possibile ottenere l'energia totale dalla densità totale degli elettroni, molto più semplice. Finora, tuttavia, non esisteva una formula sufficientemente accurata per l'energia cinetica che lo rendesse possibile.
Nell'ambito del progetto "Quantum Chemistry without Orbitals", finanziato dalla Carl-Zeiss-Stiftung, il Prof. Hamprecht, il Prof. Dreuw e il Prof. Haverkort intendono utilizzare metodi di intelligenza artificiale per prevedere l'energia cinetica degli elettroni nelle molecole sulla base della sola densità elettronica. Ciò consentirà di esaminare sistemi molecolari complessi mediante la meccanica quantistica, senza richiedere una complicata descrizione con una "funzione d'onda". Fred Hamprecht fa ricerca sui metodi di intelligenza artificiale per le scienze naturali, concentrandosi attualmente sulla chimica quantistica. Andreas Dreuw studia questioni chimiche e fisiche con l'aiuto di moderni metodi computazionali e di chimica quantistica. I progetti di ricerca di Maurits W. Haverkort mirano a prevedere le proprietà di sistemi quantistici complessi e materiali quantistici sulla base di nuovi metodi e modelli teorici.
La Carl-Zeiss-Stiftung finanzia il progetto "Quantum Chemistry without Orbitals" nell'ambito del suo programma "CZS Wildcard". Con questo programma, la fondazione sostiene progetti di ricerca interdisciplinari e non convenzionali nelle discipline STEM che si trovano in una fase iniziale di sviluppo e che coinvolgono almeno tre scienziati.
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