Yapay zeka, moleküler dalga fonksiyonlarını ve moleküllerin elektronik özelliklerini tahmin etmek için kullanılabilir. Warwick Üniversitesi, Berlin Teknik Üniversitesi ve Lüksemburg Üniversitesi'nden bir araştırma ekibi tarafından geliştirilen bu yenilikçi AI yöntemi, ilaç moleküllerinin veya yeni malzemelerin tasarımını hızlandırmak için kullanılabilir.

Yapay zeka ve makine öğrenme algoritmaları , satın alma davranışımızı tahmin etmek ve yüzlerimizi veya el yazımızı tanımlamak için rutin olarak kullanılır. Gelen bilimsel araştırma , Yapay Zeka bilimsel keşif için önemli bir araç olarak kendini kuruyor.

Kimyada, AI deneylerin sonuçlarını veya #kuantum sistemlerin simülasyonlarını öngörmede etkili olmuştur. Bunu başarmak için, AI'nın fiziğin temel yasalarını sistematik olarak dahil edebilmesi gerekir .

Kimyagerler, fizikçiler ve bir disiplinler arası ekip bilgisayar bilimciler Warwick Üniversitesi ve Berlin olmak üzere Teknik Üniversitesi ve Lüksemburg Üniversitesi öncülüğünde derin makine öğrenme geliştirdik algoritması kuantum durumlarını tahmin edebilirsiniz moleküllerin sözde, moleküllerin tüm özelliklerini belirleyen dalga fonksiyonları.

AI , Nature Communications'da yayınlanan " Makine öğrenmesini ve kuantum kimyasını moleküler dalga fonksiyonları için derin bir sinir ağıyla birleştirmek" başlıklı makalesinde gösterildiği gibi, kuantum mekaniğinin temel denklemlerini çözmeyi öğrenerek başarır .

Bu denklemlerin konvansiyonel yolla çözülmesi, tıbbi ve endüstriyel uygulamalar için yeni amaçlarla oluşturulmuş moleküllerin hesaplamalı tasarımının tipik olarak tıkandığı yüksek performanslı bilgisayar kaynaklarını (hesaplama süresi ayları) gerektirir. Yeni geliştirilen AI algoritması bir dizüstü bilgisayarda veya cep telefonunda saniyeler içinde doğru tahminler sağlayabilir.

Warwick Üniversitesi Kimya Bölümü'nden Dr. Reinhard Maurer, “Bu, dalga fonksiyonlarının şeklini ve davranışını yakalamak için yeterince esnek bir yapay zeka algoritması geliştirmek için bilgisayar bilimi bilgisi gerektiren üç yıllık ortak bir çaba oldu. fakat aynı zamanda, kimya ve fizik bilgisi, kuantum kimyasal verilerini algoritma için yönetilebilecek bir biçimde işlemek ve temsil etmek. ”

Ekip, kuantum fiziğinde makine öğrenmesi konusunda IPAM'de (UCLA) üç aylık bir disiplinlerarası burs programı sırasında bir araya geldi.

Berlin Teknik Üniversitesi Yazılım Mühendisliği ve Teorik Bilgisayar Bilimleri Enstitüsü'nden Dr. simülasyonlar. Önümüzdeki birkaç yıl içinde, AI yöntemleri kendilerini hesaplamalı kimya ve moleküler fiziğin keşif sürecinin önemli bir parçası olarak belirleyecektir. ”

Lüksemburg Üniversitesi Fizik ve Malzeme Araştırmaları Bölümü'nden Profesör Dr. Alexandre Tkatchenko, “Bu çalışma, bir molekülün hem elektronik hem de yapısal özelliklerinin istenen uygulama kriterlerini elde etmek için aynı anda ayarlanabileceği yeni bir bileşik tasarım düzeyi sağlıyor” diyor.

Qwant, Temmuz 2013'te piyasaya sürülen ve Paris'te işletilen bir Avrupa web arama motorudur. Kendi dizin oluşturma motoruna sahip tek AB tabanlı arama motorudur. Kullanıcı izleme kullanmayacağını iddia eder ve kullanıcıları bir filtre balonunda tutmaz ve arama sonuçlarını kişiselleştirmez.

https://www.qwant.com

Grip atışlarından su çiçeği ve kızamıktan kurtulmaya yardımcı olanlara kadar çok sayıda aşı yaygın olarak kullanılmaktadır, ancak Fransa'daki araştırmacılar rotavirüs aşıları için çığır açan bir rol öneriyor: Onları kanser tedavisinde dağıtmak. Diğer yaygın aşıların da malignitelerle mücadelede yardımcı olabileceğini savunuyorlar.

Fransa'nın dört bir yanından bilim adamları - Paris, Lyon, Villejuif ve ötesi - tantallaştırıcı bir soru soran geniş bir araştırma ekibinin parçası: Rotavirüs aşıları kanser immünoterapisindeki direncin üstesinden gelmek için yeniden kullanılabilir mi? Ekip, kontrol noktası blokaj immünoterapisi olarak bilinen kanser tedavisi şeklinde ortaya çıkan direnç üzerine odaklanıyor .

Şimdiye kadar, araştırmaları yeniden yerleştirme ile ilgili soruların yankılanan bir "evet" ile cevaplanabileceğini öne sürüyor.

Centre de Recherche en Cancérologie de Lyon'dan Dr. Tala Şefi Medical Xpress'e “Rotavirüs aşılarının, Rotateq ve Rotarix'in hem immünostimülatör hem de onkolitik özelliklere sahip olduğunu bulduk” dedi.

"Ayrıca, doğrudan immünojenik hücre ölümü özelliklerine sahip kanser hücrelerini de öldürebilirler. İn vivo, intrao-tümör rotavirüs tedavisi, esas olarak immün aracılı olan anti-tümör etkilerine sahiptir" dedi.

Bugüne kadar, araştırma, deneyimli bilim adamlarını şaşırtan sonuçlarla hücre ve hayvan modellerinde gerçekleştirildi.

Shekarian, "İlginç bir şekilde, bazı immünokompetan murin tümör modellerinde, intra-tumoral rotavirüs, immün kontrol noktası hedefli tedaviye direnç üstesinden gelir ve sinerjize edildi" dedi.

Kontrol noktası blokaj immünoterapisi, çoklu kanser formlarını ele almak için immün kontrol noktası inhibitörleri olarak bilinen ilaçlara dayanan yenilikçi bir tedavi şeklidir . Bu ilaçlar malign hücreleri tanımak ve bunlara saldırmak için vücudun bağışıklık sistemini etkilemektedir . Küçük hücreli dışı akciğer kanserinin tedavisinde devrim yaratmaya yardımcı olan bir ilaç olan Keytruda bir kontrol noktası inhibitörü ilaçtır.

Tüm kontrol noktası inhibitörleri aldatıcı bir şekilde basit bir prensibe dayanmaktadır: Kanser hücreleri PD-L1 adlı bir proteine ​​sahiptir. Bağışıklık sisteminin ordusundaki kilit askerler olan T hücrelerinin PD1 adında bir yüzey proteini vardır. Zor kanser hücreleri, PD hücrelerini yıkmalarına yardımcı olmak için PD-L1 proteinlerini kullanırlar, korumaları geçmeleri için - kontrol noktaları - çoğalmalarını ve yayılmalarını sağlayan faaliyetleri. Kontrol noktası inhibitör ilaçları kanser hücrelerinin sızmasını ve gizlenmesini önler.

Çoklu tümör modellerinde canlı veya inaktive rotavirüs aşılarını içeren ek araştırmalar, özellikle diğer immünoterapiler ile birleştirildiğinde, dayanıklı bağışıklık gösterdi.

Topolojik yalıtkanlar şaşırtıcı özelliklere sahip malzemelerdir: Elektrik akımı yalnızca yüzeyleri veya kenarları boyunca akarken, malzemenin içi yalıtkan olarak davranır. 2007'de Almanya'nın Bavyera kentindeki Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg'da Prof. Laurens Molenkamp, ​​bu topolojik durumların varlığını deneysel olarak gösteren ilk kişi oldu. Ekibi bu seminal işi cıva ve tellür (HgTe) bazlı kuantum kuyularıyla gerçekleştirdi. O zamandan beri, bu yeni malzemeler, örneğin bilgi teknolojisi için yenilikler vaat eden, temelde yeni bir bileşen neslinin ümidi olmuştur.

JMU’daki fizikçiler, ilk kez bu tür bileşenler için temel bir unsur olan bir Kuantum Nokta Kontağı (QPC) oluşturmayı başardılar. Bu başarısını Nature Physics dergisindeki son bir yayında sunarlar .

Topolojik devletler için sınırlandırma

Kuantum nokta temasları, aksi takdirde ince bir kaç atomik tabaka olan iki boyutlu yapılarda yarı tek boyutlu daralmalardır. İletken durumların yalnızca kenarlara yerleştirildiği topolojik HgTe kuantum oyuklarında , bu kenar durumları mekansal olarak QPC'de birleştirilir. Bu yakınlık, kenar durumları arasındaki potansiyel etkileşimlerin araştırılmasını mümkün kılar.

“Bu deney yalnızca litografik yöntemlerimizdeki bir atılım nedeniyle işe yarayabilirdi. Topolojik malzemeye zarar vermeden inanılmaz derecede küçük yapılar yaratmamızı sağladı. Bu teknolojinin topolojik nanoyapılardaki etkileyici, yeni etkileri bulmamızı sağlayacağına ikna oldum. yakın gelecek "dedi.

Etkileşim yoluyla anormal iletkenlik davranışı

Gelişmiş bir üretim süreci kullanarak , JMU fizikçileri, darboğazı hassas ve hassas bir şekilde yapılandırmayı başardılar. Bu teknolojik ilerleme , sistemin topolojik özelliklerini işlevselleştirmelerini sağlamıştır.

Bu bağlamda, Profesör Laurens Molenkamp ve Björn Trauzettel başkanlığındaki ekip, ilk defa anormal iletkenlik imzaları kullanarak bir sistemin farklı topolojik durumları arasındaki etkileşim etkilerini gösterebildi. Würzburg araştırmacıları, analiz edilen topolojik QPC'lerin bu özel davranışını tek boyutlu elektronik sistemlerin fiziğine bağlamaktadır.

Tek boyutlu etkileşimli elektronlar

Elektronik korelasyonlar bir uzamsal boyutta analiz edilirse, elektronlar - iki veya üç uzamsal boyuttan farklı olarak - iyi düzenlenmiş bir şekilde hareket ederler, çünkü öncü elektronu "sollama" olasılığı yoktur. Resimsel olarak konuşursak, bu durumda elektronlar zincirdeki inciler gibi davranırlar.

Tek boyutlu sistemlerin bu özel özelliği ilginç fiziksel olaylara yol açar. Trauzettel şöyle diyor: “Güçlü Coulomb etkileşimi ve spin yörünge birleşmesi etkileşimi doğada nadirdir. Bu nedenle bu sistemin gelecek yıllarda temel keşifler yapmasını bekliyorum.

Gelecekteki araştırmalar için Outlook

Topolojik QPC'ler, son yıllarda teoride öngörülen birçok uygulama için temel bir bileşendir.

Bu türden özellikle öne çıkan bir örnek, İtalyan fizikçi Ettore Majorana'nın 1937'de öngördüğü Majorana fermiyonlarının olası gerçekleşmesidir. Topolojik kuantum bilgisayarları ile bağlantılı olarak ümit verici bir uygulama potansiyeli, bu uyarmalara atfedilmektedir.

Bu amaçla, yalnızca Majorana fermiyonlarını tespit etmek için değil, aynı zamanda onları istedikleri şekilde kontrol edip manipüle edebilmek de büyük önem taşıyor. İlk olarak JMU Würzburg'da uygulanan topolojik QPC, bu konuda heyecan verici bir bakış açısı sunuyor.

Riverside Üniversitesi'nde bir fizikçi tarafından yönetilen uluslararası bir araştırma ekibi, nanoparçacıklardaki tıp, kuantum hesaplama ve spintronics'teki uygulamaların tasarımını etkileyebilecek mikroskopik bir elektron spin dinamiği süreci tanımlamıştır.

Manyetik nanopartiküller ve nanodevikler, tıpta - ilaç dağıtımı ve MRI gibi - ve bilişim teknolojisi gibi çeşitli uygulamalara sahiptir . Spin dinamiklerini kontrol etmek - elektron dönüşlerinin hareketi - bu tür nano-manyetik tabanlı uygulamaların performansını arttırmak için anahtardır.

Fizik ve Astronomi Bölümünde yardımcı doçent olan Igor Barsukov ve bugün Bilimsel Gelişmeler'de ortaya çıkan çalışmanın baş yazarı olan “Bu çalışma nano-manyetiklerdeki spin dinamiği anlayışımızı geliştiriyor” dedi .

Eğirme üstleri gibi olan elektron dönüşleri birbirine bağlanır. Bir sıkma başlamaya başladığında, öncelik bir dönüşe neden olan komşu dönüşlere yayılır. Döndürmelerin kollektif uyarılması olan spin dalgaları, nano ölçekli mıknatıslarda, büyük veya genişletilmiş mıknatıslardan farklı davranır. Nano-manyetiklerde, spin dalgaları mıknatısın büyüklüğü ile, tipik olarak yaklaşık 50 nanometre ile sınırlıdır ve bu nedenle olağandışı olaylar ortaya çıkar.

Özellikle, bir döndürme dalgası, bir döndürme dalgasının kuantum birimi olan bir magnon olan "üç magnon saçılması" olarak adlandırılan bir işlemle bir diğerine dönüşebilir. Nano-manyetiklerde, bu işlem rezonansla geliştirilmiştir, yani belirli manyetik alanlar için yükseltilmiştir.

San Jose'deki UC Irvine ve Western Digital'deki araştırmacılarla ve Ukrayna ve Şili'deki teori meslektaşlarıyla işbirliği yapan Barsukov, üç magnon saçılımının ve dolayısıyla nanomagnetlerin boyutlarının bu mıknatısların dönüş akımlarına nasıl tepki verdiğini belirlediğini gösterdi. Bu gelişme paradigma değiştirici gelişmelere yol açabilir.

Barsukov, "Spintronics daha hızlı ve enerji açısından verimli bilgi teknolojisi için öncüdür." Dedi. "Bu teknoloji için #nano manyetikler, döndürme akımları tarafından kontrol edilmesi gereken yapı taşlarıdır ."

Barsukov, teknolojik önemine rağmen, nano-manyetiklerde enerji yayılımının temel bir anlayışının zor olduğunu belirtti. Araştırma ekibinin çalışması, nano-manyetiklerde enerji yayılma prensiplerine dair içgörü sağlar ve spintronics ve bilgi teknolojisi üzerinde çalışan mühendislerin daha iyi cihazlar üretmelerini sağlayabilir.

Barsukov, "Çalışmamızda incelenen mikroskobik süreçler, araştırmacıların şu anda bireysel mürettebatlara hitap etmeye çalıştığı kuantum hesaplama bağlamında da önemli olabilir" dedi. "Çalışmalarımız potansiyel olarak birden fazla araştırmayı etkileyebilir."

#bilim