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

Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче

Исследователи из университета МИСИС усове...

Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание
Science Advances: Ученые научились предсказывать водородное охрупчивание

При выборе материала для инфраструктурных...

В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ
В ПИШ КАИ создали «мост» к цифровому двойнику композитных преформ

Образовательное пространство Технологическое м...

Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм

Магнитные материалы традиционно классифицируют...

Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу
Nature: Международная группа ученых решает сложную физическую задачу

Сильно взаимодействующие системы играют важную...

В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом

С помощью большой языковой модели инженеры Мас...

Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах

Исследовательская группа, работающая в UN...

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

Когда речь заходит о сверхпроводящих куби...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

В России предложили новую классификацию камней в почках по структуре и составу
В России предложили новую классификацию камней в почках по структуре и составу
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
ACS Nano: Благодаря 3D-печати ученые впервые увидели, как светятся наноструктуры
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Ученые МИСИС выяснили, как сделать суперконденсаторы ещё круче
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Исследование МГПУ объясняет, как справиться с одиночеством в мегаполисе
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Как музыка влияет на эмоции дошкольников: открытие психологов МГУ
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Студент из Владивостока придумал товарные ценники на основе электронных чернил
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Microgravity: Полет на Марс может не состояться из-за просроченных лекарств
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Археологи СФУ нашли артефакты первых русских поселенцев Красноярска
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Горные деревья спасаются от потепления, сползая и поднимаясь по склонам
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Transportation Research: Выбросы абразива от поездов вызывают беспокойство
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Ученые из СПбГУТ отправились в научную экспедицию в Арктику
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Казанские ученые заявили, что адаптивность молочного скота важнее генетики
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
Звездный магнетизм может указывать на потенциальную обитаемость экзопланеты
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
IEEE Access: Актуатор в реабилитационных перчатках восстановит движение пальцев
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита
Scientific Reports: Экологичное лечение спасает яйца кальмаров от паразита

Новости компаний, релизы

Ученые ТПУ в составе международной коллаборации выяснили, что смертность от болезней сердца в мире снизилась на 35% за после...
ИТ: тренды индустрии и рынка труда
Ведущие игроки агрорынка представят новинки на «Дне поля» в Агробиотехнопарке Казанского ГАУ
Университет МИСИС будет готовить специалистов в сфере квантовых технологий
Экономика России теряет миллиарды из-за влияния рака на трудовые ресурсы