Машинное обучение и квантовая оптимизация помогут ускорить разработку OLED-материалов

В последнее десятилетие научные и промышленные круги признали органические люминесцентные материалы в качестве перспективных компонентов для создания легких, гибких и универсальных оптоэлектронных устройств, таких как OLED-дисплеи.

Однако поиск достаточно эффективных материалов представляет собой сложную задачу.

Для решения этой проблемы совместная исследовательская группа разработала новый подход, сочетающий модель машинного обучения с квантово-классическим вычислительным молекулярным дизайном, для ускорения поиска эффективных OLED-эмиттеров. Результаты исследования опубликованы 17 мая в журнале Intelligent Computing, a Science Partner Journal.

Оптимальный OLED-эмиттер, найденный авторами с помощью «гибридной квантово-классической процедуры», представляет собой дейтерированное производное Alq₃ и одновременно обладает высокой эффективностью излучения света и может быть синтезирован.

Дейтерированные OLED-эмиттеры — это органические материалы, в которых атомы водорода заменены атомами дейтерия в молекулах эмиттера. Несмотря на то, что они способны очень эффективно излучать свет, разработка таких дейтерированных OLED-эмиттеров представляет собой сложную вычислительную задачу. Эта проблема связана с необходимостью оптимизации положения атомов дейтерия в молекулах эмиттера, что требует проведения расчетов с нуля.

Новая схема работы, в которой задействованы как классический, так и квантовый компьютер, позволяет ускорить эти расчеты. Сначала на классическом компьютере выполняются расчеты по квантовой химии для получения «квантовых эффективностей» набора дейтерированных молекул Alq₃. Эти данные о светоизлучающей способности различных молекул используются для создания обучающих и тестовых наборов данных для построения модели машинного обучения, позволяющей предсказывать квантовую эффективность различных дейтерированных молекул Alq₃.

Далее модель машинного обучения используется для построения энергетической функции системы, называемой гамильтонианом. Затем на квантовом компьютере с помощью двух алгоритмов квантовой вариационной оптимизации — вариационного квантового эйгенсолвера (VQE) и алгоритма квантовой приближенной оптимизации (QAQA) — проводится квантовая оптимизация, которая помогает машинному обучению находить молекулы с оптимальными квантовыми эффективностями. В процессе квантовой оптимизации вводится синтетическое ограничение, гарантирующее, что оптимизированная молекула поддается синтезу.

Для повышения точности предсказания на квантовых устройствах авторы применили помехоустойчивую методику, получившую название рекурсивного вероятностного исключения переменных (RPVE), и сумели «найти оптимальную дейтерированную молекулу с очень высокой точностью с помощью квантового устройства». Кроме того, авторы отмечают, что сочетание этой новой методики с двумя выбранными ими алгоритмами квантовой оптимизации может обеспечить квантовое преимущество при расчетах на квантовых устройствах ближайшего будущего.

В целом авторы ожидают, что их подход, сочетающий квантовую химию, машинное обучение и квантовую оптимизацию, может создать «новые возможности для генерации и оптимизации ключевых молекул для материальной информатики».

12.07.2023


Подписаться в Telegram



Хайтек

Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов

Исследователи из Калифорнийского универси...

PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути

Исследователи из Принстона применили спле...

Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ

Ученые из Томского политехнического униве...

Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света

В основе глобальной интернет-связи лежит оптич...

Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения

Мемристорные устройства представляют собой кат...

Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников

Замещающее легирование чужеродными элементами ...

Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло
Angewandte Chemie: Ученые объяснили, почему металлы превращаются в стекло

Если проникнуть глубоко-глубоко под повер...

Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак
Создан катализатор для преобразования нитратного загрязнения в аммиак

Загрязнения, извергаемые бурно развивающейся м...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Транзисторы на основе бальзового дерева усилят позиции зеленой электроники
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Наноразмерное покрытие ускоряет работу катализаторов на основе наночастиц золота
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Scientific Reports: ИИ показал больший творческий потенциал, чем человек
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
British Journal of Anaesthesia: Ученые выявили ошибку в работе пульсоксиметров
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Лесовосстановления недостаточно для возмещения углерода от заготовки древесины
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
Blood: Создана новая стратегия поиска и уничтожения стволовых клеток лейкемии
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
PNAS Nexus: Хоть горшком назовите, только учитывайте культурные различия
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Nature Comm: Ошибка Пифагора вынуждает пересмотреть принципы создания музыки
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Открыт антивозрастной эффект витамина D и рецептора в средней кишке дрозофилы
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса