Physics-Informed Active Learning for Accelerating Quantum Chemical Simulations

量子化学 计算机科学 物理 量子力学 分子
作者
Yi-Fan Hou,Lina Zhang,Quanhao Zhang,Fuchun Ge,Pavlo O. Dral
出处
期刊:Journal of Chemical Theory and Computation [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jctc.4c00821
摘要

Quantum chemical simulations can be greatly accelerated by constructing machine learning potentials, which is often done using active learning (AL). The usefulness of the constructed potentials is often limited by the high effort required and their insufficient robustness in the simulations. Here, we introduce the end-to-end AL for constructing robust data-efficient potentials with affordable investment of time and resources and minimum human interference. Our AL protocol is based on the physics-informed sampling of training points, automatic selection of initial data, uncertainty quantification, and convergence monitoring. The versatility of this protocol is shown in our implementation of quasi-classical molecular dynamics for simulating vibrational spectra, conformer search of a key biochemical molecule, and time-resolved mechanism of the Diels-Alder reaction. These investigations took us days instead of weeks of pure quantum chemical calculations on a high-performance computing cluster.

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