創新化學品與加速化學運算！微軟 Azure Quantum Elements 新增兩大功能

日前微軟宣布在Azure Quantum Elements新增生成式化學與加速密度泛函理論兩大功能，讓AI為科學家賦能，應對研究中的挑戰，並宣稱這些突破可以協助科學家將化學開發時間從未來250年縮短為未來25年。

Azure Quantum Elements

微軟於2023年6月推出 Azure Quantum Elements，這套是用於加速目前化學與材料科學開發的系統。微軟 CEO Satya Nadella 曾於發表該系統時提及，目標是將未來250年的化學和材料科學進步壓縮到未來25年。

Azure Quantum Elements 透過高效能運算(HPC)、AI和量子計算方面的最新突破來加速科學發現，如：加速研發流程、縮短影響時間與成本、新增新材料發展可能性等，透過系統可讓研究人員在實驗規模、速度與準確性都達到前所未有的發展。

微軟設想未來研究人員會利用新能力設計新分子，因此提供研究人員透過對話式AI協助搜尋論文、公司內部開發數據，並使用Copilot安排研究規劃。Azure Quantum Elements 會針對特定領域知識進行推理並推薦更好的研究方向，選出有可能的化學分子後，Azure Quantum Elements會協助創造這些化學分子並透過AI篩選使其完善，再加以模擬、計算、推理，直到選出最有可能的名單。

生成式化學

目前已知的分子化合物與物質超過上億種，還有更多尚未被發現。化學研究需要先縮小研究分子的範圍，找到適合應用的少數分子，通常研究人員會關注曾被研究過的化合物，限制研究空間。

生成式AI能協助揭露目前估計1060種可能原子組合中的一大部分，而微軟此次推出生成式化學可以加速簡化尋找過程，協助科學家發現或設計具有所需特性的化合物。

可以向Azure Quantum Elements提供分子所需特性、參考分子，資料便會生成基礎分子，並啟動引導AI生成，研究人員便可以指定大方向特性，如模型、分子數量、關鍵特性、毒性等，這些資訊便會發送回AI生成，再啟動微調作業。

透過AI引導的合成計畫，縮小潛在候選分子的數量，也可以排除難以合成的分子、預測合成途徑，最終進行高效能運算，提供最終候選分子，研究人員可從中選擇最有希望進行實驗室合成與測試的分子。

生成式化學的出現可為許多產業帶來突破性發展，包含協助石油或天然氣公司發現更強燃料添加劑以延長發動機壽命，或是協助黏著劑公司創造新的化學品可以強化附著力，同時去除不需要的殘留物。

加速DFT(密度泛函理論)

DFT是計算化學最受歡迎的方法之一，其效率和精確度在模擬量子力學特性方面表現優異。可協助讓研究人員能夠模擬並研究原子、分子和奈米粒子，以及表面及界面的電子結構等，進而預測介電常數、游離電位、極化性等特性。研究人員便可以調整特行，為特定應用進行最佳化。

但大多數的DFT程式需要使用者直接在HPC環境執行，而且在傳統HPC硬體執行DFT需要大量運算能力，也會被研究或設計的分子複雜度和規模增加而限制。

Azure Quantum Elements推出的加速DFT是用於模擬分子電子結構的程式碼，能在數小時內確定含有數千個原子的分子特性，平均速度比廣泛使用的開源DFT程式碼PySCF快20倍

（圖片來源／擷取自微軟官方部落格）