ИИ THOR ускорява физиката 400 пъти – тензорни мрежи срещу „проклятието на размерността“
Програмата взема решение най-трудната физична задача за часове. Въпреки че суперкомпютрите се мъчат със седмици.
Учени от Националната лаборатория в Лос Аламос и Университета на Ню Мексико показаха изкуствен интелект, който се оправи с един от най-трудните проблеми на физиката – изчисляването на конфигурационния интеграл. Новият метод се назовава THOR (Tensors for High-dimensional Object Representation) и употребява методите на тензорните мрежи, с цел да реши уравнението, описващо взаимоотношението на частиците в даден материал.
Конфигурационният интеграл е в основата на статистическата механика и е директно обвързван с държанието на веществата при натоварване, при високо налягане или по време на фазовите преходи. Тази задача е толкоз трудоемка, че даже на суперкомпютрите им трябват седмици, с цел да я изчислят. THOR понижава това време до часове и даже секунди, като в същото време резервира точността.
Боян Александров, старши откривател в лабораторията в Лос Аламос, който управлява плана, акцентира, че точно изчисляването на конфигурационния интеграл постоянно е било тясното място в материалознанието. Той изясни, че прецизното установяване на термодинамичното държание разрешава по-дълбоко схващане на процесите в металургията и физиката на високите налягания.
За да си представим мащаба на казуса, създателите дават едно самобитно съпоставяне: все едно да би трябвало да се изчислят всички вероятни разновидности на сглобяване на милиарди кубчета LEGO. Броят на комбинациите нараства толкоз бързо, че обичайните способи са безполезни. THOR взема решение казуса с „ проклятието на размерността “, като разрушава големия набор от данни на по-прости взаимосвързани блокове, така наречен тензорни композиции. В композиция с логаритъм за интерполация този способ форсира работата стотици пъти. В същото време моделът остава също толкоз прецизен, колкото и молекулярно-динамичните симулации, като в същото време е към 400 пъти по-бърз от тях.
Разработката е тествана върху три субстанции. За медта стойностите на вътрешната сила и налягането при висока компактност бяха тъкмо възпроизведени. При аргона изчисленията съответстваха с резултатите, получени благодарение на машинното образование, даже при гигапаскалови налягания. За калая беше допустимо да се симулира фазовият преход твърдо тяло-твърдо тяло и да се построи цялостната фазова диаграма единствено за 5,8 изчислителни часа. За съпоставяне, предходните способи отнемаха към 2560 часа.
Резултатите имат практическо значение надалеч оттатък теорията. Бързите и точни модели ще ускорят търсенето на нови сплави, ще оказват помощ за основаването на по-надеждни материали за галактическата промишленост и ще подкрепят създаването на решения за чистата сила и електрониката.
Авторите акцентират, че в случай че THOR е решил един от най „ страшните “ проблеми във физиката, то в бъдеще той може да промени метода към високоразмерните калкулации и в други дисциплини – от химията и биологията до материалознанието и инженерството.
