Каждый атом углерода в молекуле носит при себе паспорт — энергию, с которой его самые глубокие электроны сидят на своих орбитах. Эта энергия чутко отзывается на соседей: появился рядом кислород или двойная связь — и цифра в паспорте меняется. Химики давно измеряют такие энергии с помощью рентгена, но расчёт для каждой новой молекулы отнимает часы машинного времени.

Новая модель работает как опытный архивариус, который по одной фотографии здания мгновенно определяет прочность фундамента. Она видит молекулу не как мешанину шариков, а как граф — сетку, где атомы это узлы, а связи — рёбра. Нейросеть обучалась на 8637 углеродных центрах в 2116 молекулах размером от 4 до 16 атомов, используя данные многоконфигурационной теории функционала плотности (сложного квантового метода расчёта). При проверке на 570 реальных измерениях в 113 молекулах — некоторые достигали 45 атомов — средняя ошибка составила 0,33 электронвольта. Это примерно одна сотая от энергии видимого света.

Особенность модели — химически осмысленные признаки узлов, которые снижают зависимость от глубины обмена сообщениями в графе. Проще говоря, нейросети не нужно «переспрашивать» дальних соседей много раз, чтобы понять окружение атома. Это как если бы вы определяли настроение человека не по всей цепочке его разговоров, а по нескольким ключевым словам.

Модель также устойчива к искажённым геометриям — тем, что возникают при тепловых колебаниях или на ранних стадиях химической реакции. Её проверили на таутомерах авобензона (45 атомов) — молекулы, которые меняют положение атома водорода и связаны с защитой от ультрафиолета. Нейросеть мгновенно различила формы и выдала энергии, согласованные с экспериментом. Так открывается путь к быстрому скринингу лекарств и материалов.

И вот что любопытно: паспорт углерода меняется на несколько электронвольт в зависимости от соседей — этого достаточно, чтобы отличить графит от алмаза по одному только рентгеновскому спектру.