Пять примеров — и нейросеть предскажет свойства материала ✛ ✦
Привычный холодильник работает на газе, который греет планету. Учёные ищут замену — твёрдые кристаллы, способные охлаждаться при сжатии. Но перебор тысяч вариантов в лаборатории — дело долгое. Здесь выручает машинное обучение: нейросеть, словно опытный повар, схватывает новый рецепт с нескольких примеров. Ей показали 5–10 атомных «фотографий» сульфата аммония — соединения из водорода, кислорода и аммоний. Она точно воспроизвела, как при нагреве атомы перестраиваются, а энтропия (мера беспорядка) резко меняется.
Секрет успеха — в водородных связях, невидимых мостиках, удерживающих атомы. Учёт этого тонкого взаимодействия в компьютерных симуляциях позволил достоверно предсказать температуру перехода, затратив впятеро меньше вычислительных часов. Сюрприз: сульфат аммония — обычное азотное удобрение — под давлением превращается в материал, который охлаждает.
Такой подход опирается на квантовую термодинамику, основы которой заложил Макс Планк, и понятие энтропии, данное Людвигом Больцманом. Доучивание готовой нейросети открывает быстрый путь к экологичным холодильникам без вредных газов.
Всего пять примеров были нужны нейросети, чтобы понять, когда кристалл изменит форму, — примерно столько же, сколько ребёнку, чтобы запомнить новое слово.