Uluslararası bir grup araştırmacı, kuantum kimyasal yaklaşımlarının her zaman sıfırdan başlaması gerekmeyeceğini ifade ediyorlar. Bilinen birçok sonuç ile küçük yapay zeka ile geri kalanını tahmin için uzun bir yol gidilebilir. 7000 molekülden daha fazlası için kuantum kimyasal sonuçları bir veri tabanı üzerinde toplayan araştırmacıların programı, çok da iyi bilinmeyen moleküllerin atomizasyon enerjilerinin %1’ini ve tamamı için gerekli olan sürenin milyarda birinde bu bilgileri verebilir.
Schrödinger denkleminin tam çözümü, tamamen imkansız fakat en küçük ve en basit kimyasal sistemler ve doğru yaklaşımla zaman alıcı. Fakat geçen birkaç yılda, “güçlü hesaplayıcıların yaygın hale gelmesiyle, binlerce yoğunluk fonksiyonel alan teorisi (DFT) hesaplamaları günler içinde yapılabilir hale geldiğini” ifade etti Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan Anatole von Lilienfeld. O ve arkadaşları, hâlihazırda olan bilgileriyle oluşturdukları Amazon’un kitap tavsiye programına benzer algoritmalar sayesinde katrilyonlarca molekülün özelliklerini ve davranışlarını tahmin edebilir durumdalar.
Bunu kanıtlamak amacıyla araştırma grubu moleküler atomizasyon enerjisini hesaplamak için program geliştirdiler. Bu program, her bir atom için satır ve sütun ile bir matriks olarak molekülün elementlerini ve konfigürasyonunu tanımlar. Atomun satırının sütunu ile buluştuğu yerdeki numara molekülden izole edilen atomun potansiyel enerjisini temsil eder ve satırların ve sütunların farklı atomlarla karşılaştığı yer ise iki nükleer yük arasında Coloumb itmesinin başladığı anlamına gelir.
Von Lilienfeld’in grubu, moleküller arasındaki farkın bulunması amacıyla matriksleri karşılaştırarak -onların matriksleri açısından moleküllerle arasındaki farkın ölçüsü- veri tabanındaki moleküllerin üzerindeki alt kümenin algoritmasını büyüttüler. Ağır hesaplama çalışmaları uzaklıkların tabiatının gelişmesiydi. Bir kez tamamlandığında, bilinmeyen bir molekül atomlarına ve konfigürasyonuna göre, tabiatta bir yere ayrılmış olabilir. Bilinmeyen molekülün atomizasyon enerjisinin bulunması durumunda, bilinen her bir atomizasyon enerjisi bilinmeyen molekülün tahmin edilmesine katkıda bulunur. Ne kadar çok atomizasyon enerjisi bilinirse ilgili molekülün ne olduğu daha iyi tahmin edilebilir bu şekilde.
Araştırmacılar tabiatta 5000’den fazla molekül buldular, hibrit DFT’nin doğruluğu yaklaşık 5kcal/mol iken yeni molekülün atomizasyon enerjisinin tahmini için hata 10 kcal/mol altına inmektedir. Bununla ilgili olarak, “Hibrit DFT kullanarak molekülün atomizasyon enerjisini hesaplamak, tek CPU üzerinde en fazla bir saat alırken daha iyi bir bilgisayarla mikrosaniyeler aldığını” ifade etti von Lilienfeld.
Warwick Üniversitesi’nden Christopher Handley ise, “önceki çalışmaların aksine, bu yeni yöntemin aynı moleküllerin farklı konfigürasyonları yerine, uygun diğer moleküllerin uygulanabildiği modellerinin gelişmesine izin verir” dedi.
Von Lilienfeld’in grubu, daha iyi bilgisayarlar ile kimyasal reaksiyonlar, ilaç tasarımı, katalizör ve diğer özel üretim malzemeler gibi oldukça karmaşık problemlerin çözümlerin geliştirilmesi konusunda iyimserler.
Bu haberin hazırlanmasında katkılarından dolayı Sayın Celile Demirbilek’e (MSc.) teşekkür ederim.
Gökhan Atmaca
Kuark Bilim Topluluğu
*Bu haber, Kuark Bilim Topluluğu Fizik Çalışma Grubu faaliyetleri kapsamında hazırlanmıştır.