AI skal gøre kvantefysik mere tilgængelig og bæredygtig
Line Jelver, nyansat adjunkt ved SDU, har modtaget 13,3 millioner kroner fra Novo Nordisk Fonden. Ved at integrere avancerede sprogmodeller med supercomputere vil hun ikke alene accelerere udviklingen af materialer med skræddersyede kvantemekaniske egenskaber– hun vil også gøre op med forskningsverdenens enorme energiforbrug.
Når forskere i dag leder efter nye materialer til grøn energi eller medicin, foregår det ikke kun med kolber og mikroskoper. Det foregår i stigende grad på supercomputere, der simulerer, hvordan atomer og elektroner opfører sig. Men prisen er høj. Ikke kun økonomisk, men også målt i strøm og spildtid.
Det vil Line Jelver, der netop er tiltrådt som adjunkt ved Center for Polariton-driven Light-Matter Interactions (POLIMA) på Syddansk Universitet, ændre på. Med en bevilling på 13,3 millioner kroner fra Novo Nordisk Fondens Data Science Investigator – Emerging 2025-program, skal hun stå i spidsen for projektet ADAM.
Målet er at demokratisere adgangen til avanceret kvantemekanik ved at lade kunstig intelligens assistere forskere istyringen af de tunge beregninger.
Det skjulte ressourceforbrug
Kernen i Line Jelvers forskning er såkaldt Density Functional Theory (DFT) – en metode til at beskrive materialers egenskaber helt nede på atomart niveau. Det er en disciplin, der normalt kræver årelang erfaring og en dyb indsigt i tung numerisk fysik.
- Det er enormt svært at blive god til den type beregninger, og der er en stejl læringskurve. Ofte går op mod 90 procent af computer-ressourcerne med systematisk at justere og afprøve de rigtige indstillinger, før selve beregningen overhovedet går i gang, forklarer Line Jelver.
Det er her, spildet opstår. Selvom parameterjusteringen er en nødvendig og systematisk del af arbejdet, kræver den mange gentagne beregninger og dermed store mængder energi på supercomputere. Når denne proces udføres tusindvis af gange på verdensplan, løber det hurtigt op. Jelvers projekt estimerer, at teknologien samlet set kan spare op mod 88 millioner CPU-timer (processortimer) årligt.
- Hvis vi kan bruge sprogmodeller til at gætte de rigtige startparametre, kan vi vinde enorme mængder ressourcer. Det handler om at effektivisere processen, så vi bruger regnekraften på resultaterne, ikke på forberedelsen, siger hun.
AI som autopilot
Line Jelvers løsning er ikke blot en chatbot, man kan spørge til råds. Det er såkaldte "agentiske" sprogmodeller – en form for AI, der kan handle selvstændigt. Systemet skal fungere som en intelligent assistent, der styrer supercomputeren, retter fejl undervejs og guider forskeren gennem de komplekse opsætninger. Systemet trækker på omfattende materialedatabaser og eksisterende forskning og kan dermed generalisere ud fra en langt større vidensmængde, end en enkelt forsker kan opbygge.
Det vil gøre det muligt for langt flere forskere at udføre beregninger, der i dag er forbeholdt en lille elite af eksperter, samtidig med at kvaliteten af beregningerne fastholdes gennem indbyggede retningslinjer og løbende kontrol af de valg, systemet foreslår.
Konkret skal teknologien bruges til at undersøge optiske egenskaber i materialer – eksempelvis hvordan lys interagerer med stof. Det har direkte anvendelse i udviklingen af næste generations solceller, hvor man jagter materialer, der absorberer sollys mere effektivt, samt i biologiske sensorer.
- Bevillingen fra Novo Nordisk Fonden kommer på det helt rette tidspunkt, siger lederen for Mads Clausen Instituttet, Horst-Günter Rubahn.
- På instituttet er vi stærkt engagerede i udviklingen af radikalt nye solceller, og vi har i de sidste par år fokuseret meget på avancerede materialeteknologier. Specielt har vi brug for avancerede teoretiske metoder, som Line vil anvende i hendes projekt. Jeg glæder mig derfor utrolig meget over, at Novo Nordisk Fonden har besluttet at give en af vores unge topforskere sådan en generøs støtte, slutter Horst-Günter Rubahn.
Han bakkes op af leder af POLIMA-centeret under Danmarks Grundforskningsfond, professor N. Asger Mortensen:
- I grundforskningscenteret POLIMA glæder vi os også over at se, hvordan en af vores unge forskningsgruppeledere nu modtager ekstra støtte til at forfølge sine helt egne forskningsaktiviteter.
Drømmen om det virtuelle laboratorium
På sigt ser Line Jelver et perspektiv, der rækker ud over blot at gøre beregningerne hurtigere. Hun ser en fremtid, hvor den kunstige intelligens bliver en forskningspartner, der kan forudsige svarene uden at skulle regne dem ud først.
- Drømmen er jo, at sprogmodellerne bliver så gode, at de kan gætte egenskaberne ved et materiale, uden at vi behøver at lave de tunge beregninger. At man kan sige: 'Jeg har brug for et molekyle, der absorberer lys ved præcis denne bølgelængde', og så spytter modellen et forslag ud, som man derefter kan gå ned og teste i laboratoriet, lyder det fra Line Jelver.
Bevillingen markerer også en personlig milepæl for Line Jelver, der med midlerne kan etablere sin egen forskningsgruppe på Mads Clausen Instituttet.