Команда ученых из разных стран создала инновационную технологию для выявления веществ, обладающих свойством сверхпроводимости. Этот метод объединяет возможности искусственного интеллекта и сложные квантовые расчеты. Благодаря новому подходу были открыты два новых материала – YRu3B2 и LuRu3B2, ранее не известные науке. Разработчики утверждают, что их методика существенно ускоряет процесс отбора наиболее подходящих соединений из огромного числа потенциальных вариантов.

Сверхпроводящие вещества характеризуются способностью пропускать электрический ток без потерь энергии; однако в настоящее время большинство известных материалов демонстрируют эти свойства лишь при очень низких температурах. Тем не менее, они уже нашли применение в квантовых вычислительных системах, аппаратах магнитно-резонансной диагностики, установках для управляемого термоядерного синтеза и высокоскоростных поездах на магнитном подвесе. Важнейшей задачей современной физики является разработка сверхпроводника, который функционировал бы при обычной температуре; подобное достижение может произвести революцию в способах передачи энергии и вычислительных процессах.

Руководителями исследования выступили ученые из Университета Аалто. Сверхпроводящие характеристики новых материалов обусловлены специфическим расположением электронов внутри кристаллической структуры, напоминающей кагомэ-решетку – геометрический узор, вдохновленный традиционным японским плетением корзин. После того как алгоритмы машинного обучения выявили наиболее перспективные соединения, их свойства были подтверждены теоретическими расчетами и экспериментально доказаны путем синтеза материалов.

По мнению авторов исследования, предложенный подход позволяет преодолеть одну из основных сложностей в поиске сверхпроводников – огромное количество потенциальных комбинаций химических элементов.

По словам профессора Пяйви Тёрмя из Университета Аалто, появление сверхпроводников, функционирующих при обычной температуре, произведет революционные изменения в энергетической сфере. Она считает, что замена стандартных проводников на такие материалы – например, в компьютерной технике и дата-центрах – приведет к заметному снижению глобального потребления электроэнергии и существенному уменьшению тепловыделений от информационных систем.

Исследования осуществляются при участии международного объединения SuperC, сформированного в 2023 году. Основная задача этой организации — найти сверхпроводник с характеристиками комнатной температуры к 2033-му году.

После этапа компьютерного моделирования ученые из Университета Райса создали эти соединения в лабораторных условиях. Полученные результаты подтвердили наличие у обоих материалов сверхпроводимости, что продемонстрировало результативность нового метода, основанного на применении алгоритмов машинного обучения.

В течение многих лет открытие новых сверхпроводников во многом зависело от случая. По словам Пяйви Тёрмя, за этот период было идентифицировано свыше семи тысяч веществ, обладающих свойством сверхпроводимости; при этом лишь около двух десятков из них были спрогнозированы заранее на основе теоретических моделей, поскольку такие вычисления сопряжены с необходимостью применения колоссальной вычислительной мощности.

Разработчики новой методики полагают, что она способна существенно преобразовать существующий порядок вещей. Предлагаемая система применяет алгоритмы машинного обучения для предварительного выбора наиболее многообещающих соединений, после чего сложные квантовые вычисления проводятся исключительно в отношении отобранных лидеров. Этот подход позволяет значительно сократить временные затраты на поиск новых материалов. Тёрмя отмечает, что благодаря использованию искусственного интеллекта количество анализируемых веществ может достичь миллиардной отметки, приближая ученых к разработке сверхпроводника, функционирующего при обычной температуре.

Ученые акцентируют внимание на том факте, что искусственный интеллект не отменяет необходимость классических физических расчетов; он действует как своего рода интеллектуальный фильтр, направляющий вычислительные мощности на наиболее многообещающие соединения. Специалисты полагают, что подобный подход может способствовать открытию тысяч новых сверхпроводников и ускорить процесс поиска материалов для широкого использования в энергетике и компьютерной сфере.

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Research.