La Inteligencia Artificial (IA) y los algoritmos de aprendizaje de máquinas se usan rutinariamente para predecir asuntos cotidianos: el comportamiento de las personas para hacer sus compras, o reconocer nuestros rostros o nuestra manera de escribir. Esto sin duda es crucial en muchos aspectos del quehacer cotidiano de la ciencia.
En el tema de la química, la IA se ha convertido en la herramienta más importante para predecir el comportamiento de experimentos (o simulaciones de los mismos), en los sistemas cuánticos. Para lograr esto, la IA ha tenido que incorporar en su conocimiento a las leyes de la física.
Ahora, un equipo interdisciplinario de químicos, físicos y programadores, liderados por la Universidad de Warwick, aunado a la ayuda de la Universidad Técnica de Berlín y la Universidad de Luxenburgo, han desarrollado un algoritmo de aprendizaje profundo que puede predecir los estados cuánticos de las moléculas, llamadas «funciones de onda», que determinan todas las propiedades de las mismas.
La IA logra esto con su aprendizaje para resolver las ecuaciones fundamentales de la mecánica cuántica. Los resultados se muestran en el artículo «Unifying machine learning and quantum chemistry with a deep neural network for molecular wavefunctions«, publicado en Nature Communications.
Hay que decir que resolver estas ecuaciones convencionalmente requiere recursos de computadora de alto rendimiento, lo que significa meses de tiempo de cálculos, lo que es típicamente el cuello de botella para el diseño computacional de nuevas moléculas creadas artificialmente por los investigadores, las cuales podrían ser usadas en aplicaciones de diversas industrias. El nuevo algoritmo de la IA puede suplir las predicciones precisas en segundos, usando un teléfono celular o una laptop.
El Dr. Reinhard Maurer, del Departamento de Química de la Universidad de Warwick, comenta: «Esto ha sido un esfuerzo conjunto de tres años, que ha requerido el conocimiento de la ciencia de la computación para desarrollar un algoritmo flexible de la IA que pueda capturar la forma y el comportamiento de la función de onda, pero también se ha requerido del conocer los procesos químicos y físicos y que representan los datos cuánticos de forma que sean manejables por el algoritmo», indicó.
El Profesor Dr. Klaus Robert-Muller, del Instituto de Ingeniería de Software y de Ciencias de Computación Teóricas, de las Universidad Técnica de Berlín, comentó: «Este trabajo interdisciplinario es un progreso importante que muestra que los métodos de la IA pueden desempeñarse eficientemente en los aspectos más difíciles de las simulaciones moleculares cuánticas. Dentro de un par de años, los métodos de la IA se establecerán como parte esencial de los procesos de descubrimiento en las química computacional y la física molecular».
Por su parte, el Profesor Dr. Alexandre Tkatchenko, del Departamento de Física e Investigación de Materiales, de la Universidad de Luxemburgo, añadió: «Este trabajo permite un nuevo nivel en el diseño de compuestos en donde las propiedades estructurales y electrónicas de la molécula pueden afinarse simultáneamente para lograr los criterios deseados».
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