微軟，我們的愿景是通過最新的 AI 技術(shù)賦能科學(xué)家，釋放他們的創(chuàng)造潛力，應(yīng)對一些最緊迫的挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)這一愿景，我們需要將生成式 AI 技術(shù)的全部力量與量子-經(jīng)典混合計(jì)算結(jié)合起來，以增強(qiáng)科學(xué)方法的每一個階段。無論是拓展知識研究、創(chuàng)造更好的假設(shè)，還是加速實(shí)驗(yàn)和分析，都需要一個專為科學(xué)設(shè)計(jì)的云平臺。這就是為什么我們?yōu)榛瘜W(xué)和材料科學(xué)構(gòu)建了 Azure Quantum Elements。
近日，我們宣布推出生成式化學(xué)和加速 DFT（加速密度泛函理論），這將擴(kuò)大研究人員利用這一平臺的方式。這些突破性的功能將使科學(xué)家有機(jī)會將原本未來250年的化學(xué)進(jìn)程壓縮至25年完成。
通過生成式化學(xué)，我們希望拓寬科學(xué)探索的視野。研究人員可以使用基于數(shù)億化合物訓(xùn)練的最新 AI 模型，生成并探索適用于特定行業(yè)應(yīng)用的新分子，然后評估工作流程中建議的步驟，以更高效地在實(shí)驗(yàn)室合成最有前途的候選分子——這一過程只需幾天而不是幾年。
通過加速 DFT，研究人員可以通過模擬分子的量子力學(xué)性質(zhì)，以前所未有的速度加速和擴(kuò)展他們的化學(xué)發(fā)現(xiàn)流程——相比其他 DFT 代碼，速度提高了一個數(shù)量級。
這使我們更接近科學(xué)發(fā)現(xiàn)的新范式，先進(jìn)的 AI 技術(shù)和數(shù)字工具比以往任何時候都更易于科學(xué)家、學(xué)生和各行業(yè)的實(shí)驗(yàn)室使用。以下是我們關(guān)于研究人員如何利用這些突破性功能設(shè)計(jì)新分子，并推動從消費(fèi)品和醫(yī)藥到制造和能源等整個行業(yè)變革的愿景，從而應(yīng)對一些最緊迫的社會挑戰(zhàn)。
致力于實(shí)現(xiàn)今日愿景
我們正在努力實(shí)現(xiàn)這一愿景。作為Azure Quantum Elements 有限預(yù)覽的一部分，科學(xué)家和開發(fā)人員今天就有機(jī)會探索加速 DFT，并有望在未來幾周內(nèi)訪問生成式化學(xué)。
我們已經(jīng)在與全球消費(fèi)品領(lǐng)導(dǎo)者聯(lián)合利華（Unilever）的合作中將這一愿景付諸實(shí)踐。聯(lián)合利華每天為超過34億人提供服務(wù)，他們正在利用微軟的超級計(jì)算和AI服務(wù)支持其數(shù)字研發(fā)轉(zhuǎn)型和產(chǎn)品創(chuàng)新。
將 AI 技術(shù)融入科學(xué)方法的每個階段
從全球性的目標(biāo)如逆轉(zhuǎn)氣候變化和開創(chuàng)可再生能源，到個人層面的目標(biāo)如更可持續(xù)地生活、使用更健康和安全的產(chǎn)品，我們都希望為創(chuàng)造一個更美好的世界盡一份力。時間對于實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)至關(guān)重要，全球有超過800萬名科學(xué)家在努力開創(chuàng)創(chuàng)新解決方案，推動進(jìn)步。微軟的目標(biāo)是通過最先進(jìn)的數(shù)字工具為他們賦能，充分利用每一位研究人員和實(shí)驗(yàn)室的集體智慧。
正如生成式 AI 技術(shù)通過協(xié)作工具如 Copilot 智能副駕駛® 釋放了新的創(chuàng)造力浪潮并提高了生產(chǎn)力一樣，我們現(xiàn)在將 AI 技術(shù)和自然語言處理能力帶入科學(xué)領(lǐng)域。我們的目標(biāo)是將 AI 推理整合到科學(xué)方法的每個階段，從最初的研究和假設(shè)生成，到實(shí)驗(yàn)和分析：這需要下一代 AI 模型的強(qiáng)大能力，從假設(shè)到結(jié)果，加速科學(xué)過程。它從知識研究和假設(shè)生成開始，通過生成數(shù)百萬潛在的分子候選解決方案來連接點(diǎn)，然后通過數(shù)字實(shí)驗(yàn)縮小候選范圍并分析結(jié)果——這一切只需幾天。我們在與太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）的合作中展示了這種方法如何在現(xiàn)實(shí)世界中取得成果，我們篩選了超過3200萬個候選物，發(fā)現(xiàn)并合成了一種新材料，具有更好電池性能的潛力——這是這一新科學(xué)發(fā)現(xiàn)時代可能性的一個有形例子。
當(dāng)由自然語言工具驅(qū)動時，這一新范式將有助于在每個階段創(chuàng)建一個由 AI 作為科學(xué)助手的自主推理循環(huán)。它將通過將這些能力普及，重新定義我們?nèi)绾谓咏鼊?chuàng)新，推動突破性發(fā)現(xiàn)。
Azure Quantum Elements 的新功能
生成式化學(xué)將為負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)和設(shè)計(jì)新分子的科學(xué)家們帶來新一波的創(chuàng)造力。這將推動許多行業(yè)的突破性增長，無論是幫助石油和天然氣公司發(fā)現(xiàn)更強(qiáng)的燃料添加劑以延長發(fā)動機(jī)壽命，還是幫助粘合劑公司創(chuàng)造一種新化學(xué)物質(zhì)以增強(qiáng)粘附力并去除不需要的殘留物。
我們可以將這種發(fā)現(xiàn)過程比作在一個大而擁擠且黑暗的倉庫中用一個小手電筒尋找一個小盒子。我們一次只能將光集中在一個小區(qū)域，而倉庫的其余部分則完全黑暗且未知。生成式 AI 技術(shù)為我們提供了一個更聰明的光源，能夠指向新的方向，讓我們看清以前可能未考慮或無法看到的地方。
研究人員可以向生成式化學(xué)詢問具有所需特性的分子，例如能夠快速降解或更容易回收的分子。他們還可以提供關(guān)于目標(biāo)應(yīng)用的信息，讓系統(tǒng)幫助確定相關(guān)的分子特性。經(jīng)過幾個步驟后，他們會收到一組符合這些參數(shù)的候選分子，供進(jìn)一步研究。
然而，僅僅生成候選分子并不足以通過 AI 技術(shù)改造發(fā)現(xiàn)過程。化學(xué)中的計(jì)算工具的基本標(biāo)準(zhǔn)是，它們能夠幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)新穎、可合成且在現(xiàn)實(shí)世界中有用的分子。這就是為什么我對我們生成式化學(xué)方法的實(shí)現(xiàn)感到興奮，它不僅能建議以前未見過的分子，還能提供針對特定應(yīng)用調(diào)整的有用特性，并且這些分子的合成在合理的步驟內(nèi)是可行的。
因此，生成式化學(xué)將為研究人員提供在實(shí)驗(yàn)室中合成這些分子候選物時可以考慮的潛在步驟。這一關(guān)鍵組件的支持來源于我們 AutoRXN 軟件的能力，通過逆向探索化學(xué)反應(yīng)，幫助評估合成路徑以創(chuàng)建目標(biāo)分子。
在科學(xué)家指定了分子的所需特性之后，他們會收到數(shù)千個分子候選物。這些候選物可以通過AI推理和后續(xù)的高性能計(jì)算（HPC）模擬進(jìn)行進(jìn)一步精煉，最終篩選出最有希望在實(shí)驗(yàn)室合成并進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探索的少數(shù)幾個候選物。