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Nanosekunden vorhersagen dauert Monate

Chemiker der Uni Wien beschleunigen Simulationen.

In unserem Körper ist es zwar dunkel, trotzdem laufen vor allem an der Oberfläche viele Vorgänge ab, die man als „licht-induzierte“ Reaktionen bezeichnet, weil Licht das Startsignal für die chemische Reaktion gibt. Wenn Licht Aminosäuren beschädigt, kann das Blindheit und Hautalterung vorantreiben. Das Beobachten der chemischen Vorgänge ist schwer, da sie sich im Zeitraum von Nanosekunden abspielen.

Hier helfen Simulationen durch Computermodelle. Diese haben den Nachteil, dass sie extrem zeitaufwendig sind. Mehr als eine Pikosekunde ließ sich bisher nicht vorhersagen, also nur der billionste Teil einer Sekunde oder 0,001 Nanosekunden. Für solche Simulationen benötigen Superrechner mehrere Monate.

 

Künstliche Intelligenz hilft

Ein Team um Philipp Marquetand, Theoretische Chemie der Uni Wien, setzte nun künstliche Intelligenz ein, um die Simulation von lichtinduzierten Reaktionen zu beschleunigen (Chemical Science, Nr. 35). Die mathematischen Modelle funktionieren dabei wie neuronale Netze in unserem Gehirn: Man bringt ihnen bestimmte Rechenmethoden bei, und sie werden durch Übung besser und besser (maschinelles Lernen). Durch die künstliche Intelligenz wurden die Simulationen, die hochkomplexe Vorgänge der Quantenmechanik umfassen, so optimiert, dass man statt Pikosekunden nun Nanosekunden vorhersagen kann.

„Nach zwei Monaten Rechenzeit konnten wir die Reaktion im Zeitraum von einer Nanosekunde abbilden: Auf Basis bisheriger Verfahren hätte die Simulation circa 19 Jahre gedauert“, erklärt Doktorandin Julia Westermayr. Nun können die Forscher die Reaktionen verschiedenster Körperbausteine berechnen, etwa der DNA und Aminosäuren. (APA/vers)

("Die Presse", Print-Ausgabe, 14.09.2019)