Azure Quantum Elements: Přelomové inovace v oboru energie a materiálů díky AI a kvantovým technologiím

AI mění každou kognitivní úlohu, kterou provádíme, od psaní e-mailu až po vývoj softwaru. Od počátku civilizace byly vědecké objevy konečnou poznávací úlohou, která nás jako druh vedla k rozkvětu a prosperitě. Právě z tohoto důvodu je vědecké bádání pravděpodobně tou nejvýznamnější a nejvíce vzrušující oblastí využití AI. Tým Microsoft Quantum dosáhl hlavního milníku směrem ke svému cíli použitím pokročilé AI. Prohledáním více než 32 milionů možných činitelů dospěl k objevení a syntéze nového materiálu pro lepší baterie. Jedná se tak o první skutečný příklad z mnoha, které budou dosaženy v nové éře vědeckého objevování pomocí AI.

Microsoft věří, že chemie a materiálová věda jsou oblasti, jejichž plného rozvinutí mohou dosáhnout právě kvantové počítače. To vedlo Microsoft k návrhu a spuštění Azure Quantum Elements, produktu pro urychlení vědeckého objevování pomocí síly AI, cloud computingu a nakonec plně rozvinutých kvantových počítačů. Práce se společnostmi jako Johnson Matthey, 1910 Genetics, AkzoNobel a mnoha dalšími vedla ke spuštění Azure Quantum Elements. Během léta Microsoft již demonstroval masivní screening materiálů, ale potřeboval reálný důkaz účinnosti své metody. Zvolil si tedy za výchozí bod něco, co je užitečné v každodenním životě až po prostředí vysokoobjemových datových center: technologie baterií.

Použitím nových modelů AI prohledal tým Microsoft Quantum více než 32 milionů potenciálních materiálů a našel více než 500 000 stabilních kandidátů. Identifikace těchto kandidátních materiálů je pouze prvním krokem. Najít materiál s vhodnými vlastnostmi pro konkrétní úkol, v tomto případě pro nový pevný elektrolyt baterií, je jako hledat jehlu v kupce sena. To by zahrnovalo dlouhé výpočty a nákladné laboratorní experimenty, jejichž dokončení by trvalo několik desítek let.

Dnes Microsoft sdílí, jak AI transformuje tento proces a jak ho urychluje z několika let na pouhých několik dní. Společně s Ministerstvem energetiky USA a Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) aplikoval tým Azure Quantum pokročilou AI spolu s odbornými znalostmi z PNNL k identifikaci nového materiálu, neznámého nám a neexistujícího v přírodě, s potenciálem pro zdrojově efektivní baterie.

Vědci z PNNL syntetizovali a testovali tento materiál, jehož unikátní vlastnosti a potenciál pro udržitelné řešení ukládání energie, používající výrazně méně lithia než jiné materiály užívané v průmyslové výrobě, jsou prokazatelné.

Baterie pevného skupenství jsou považovány za bezpečnější než tradiční kapalné nebo gelové lithiové baterie a poskytují vyšší energetickou hustotu. Lithium je již vzácné a drahé. Vytvoření baterie, která by mohla snížit požadavky na množství lithia v bateriích přibližně o 70 %, by mohlo mít obrovské environmentální, bezpečnostní a ekonomické výhody.

Vzorky nového pevného elektrolytu objevené pomocí Microsoft AI a HPC tools. Photo by Dan DeLong for Microsoft.

Tento úspěch je impulsem pro nadcházející změnu myšlení a přístupu k výzkumu a vývoji organizací napříč širokým spektrem průmyslových odvětví. Díky spojení High-performance computingu (HPC) a AI mohou organizace nyní využít průlomů v oblasti výpočetní techniky k urychlení svých vědeckých objevů. Klasické výpočty nedokážou vyřešit určité problémy bez obětování přesnosti. Jako je tomu třeba u výpočtů zahrnujících mnoho silně korelovaných elektronů. Kvantové super počítání pomůže ještě zvýšit přesnost výsledků a Microsoft do Azure Quantum Elements integruje kvantový superpočítač ve chvíli, kdy ho bude mít k dispozici.

Azure Quantum Elements zahrnuje nástroje připravené na kvantovou budoucnost. Vědci mohou použít tyto nástroje k identifikaci aktivního prostoru molekulárních systémů a odhadu kvantových výpočetních zdrojů potřebných pro velké systémy s aktivním prostorem. Tyto nástroje umožní vývoj a optimalizaci hybridních algoritmů, které kombinují klasické a kvantové výpočty, tak aby výzkumníci byli na kvantovou budoucnost připraveni.

Objev 500 000 stabilních materiálů pomocí AI, vedoucí k identifikaci a syntéze nového materiálu, je pouze jednou z mnoha možností, jak Azure Quantum Elements vytvoří nebývalé příležitosti. Téměř veškeré nově vyrobené zboží a jeho výrobci mohou mít prospěch z inovací v oblasti chemie a materiálové vědy. Cílem Microsoftu je umožnit objevy napříč všemi průmyslovými odvětvími tím, že poskytne výzkumným týmům a týmům zodpovědným za vývoj platformu, kterou může použít každý vědec.