Por: Jason Zander, vicepresidente ejecutivo de misiones estratégicas y tecnologías.
En Microsoft, nuestra visión es empoderar a los científicos con los últimos avances en IA para liberar todo su potencial creativo y abordar algunos de nuestros desafíos más apremiantes. Esta visión requerirá reunir todo el poder de la IA generativa con la computación híbrida cuántica-clásica para aumentar cada etapa del método científico. Ya sea a través de ampliar la investigación del conocimiento, la creación de mejores hipótesis o al acelerar la experimentación y los análisis, hacerlo exige una plataforma en la nube diseñada de manera especial para la ciencia. Esta es la razón por la que creamos Azure Quantum Elements para la química y la ciencia de los materiales.
Hoy anunciamos Generative Chemistry (Química Generativa) y Accelerated DFT, que ampliarán las formas en que los investigadores pueden aprovechar todo el poder de esta plataforma. Estas capacidades revolucionarias permitirán a los científicos comprimir los próximos 250 años de química en los próximos 25.
Con la Química Generativa, queremos ampliar los horizontes de la exploración científica. Los investigadores pueden generar y explorar nuevas moléculas adecuadas para aplicaciones industriales específicas a través de la utilización de los últimos modelos de IA entrenados en cientos de millones de compuestos, y luego evaluar los pasos sugeridos por el flujo de trabajo para sintetizar los candidatos más prometedores en un laboratorio de manera más eficiente, todo en cuestión de días en lugar de años.
Con Accelerated DFT, los investigadores pueden acelerar y escalar sus canales de descubrimiento químico al simular las propiedades de la mecánica cuántica de las moléculas a una velocidad sin precedentes, un orden de magnitud más rápido en comparación con otros códigos de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT, por sus siglas en inglés).
Esto nos acerca a un nuevo paradigma para el descubrimiento científico, donde la IA avanzada y las herramientas digitales son más accesibles que nunca para científicos, estudiantes y laboratorios de todas las industrias. A continuación se muestra nuestra visión de cómo los investigadores podrán aprovechar estas capacidades innovadoras para diseñar nuevas moléculas y permitir la transformación de sectores enteros, desde bienes de consumo y medicina hasta fabricación y energía, para abordar a su vez algunos de nuestros desafíos sociales más apremiantes.
Hoy trabajamos para lograr esta visión. Como parte de la versión preliminar privada de Azure Quantum Elements, los científicos y desarrolladores tienen la oportunidad de explorar Accelerated DFT hoy, con la posibilidad de acceder a la Química Generativa en las próximas semanas.
Ya hemos puesto en práctica nuestra visión a través de nuestra colaboración con Unilever, líder mundial en bienes de consumo, que atiende a más de 3.400 millones de personas cada día. Unilever aprovecha el poder de los servicios de supercomputación e inteligencia artificial de Microsoft para respaldar su transformación digital en investigación y desarrollo y la innovación de productos.
Integración de la IA en todas las etapas del método científico
Desde ambiciones globales como revertir el cambio climático y ser pioneros en fuentes de energía renovables hasta ambiciones personales como vivir de manera más sostenible y usar productos más saludables y seguros, todos queremos hacer nuestra parte para crear un mundo mejor. El tiempo es esencial para muchos de estos objetivos, con más de 8 millones de científicos1 en todo el mundo que trabajan para ser pioneros en soluciones innovadoras y desbloquear el progreso. En Microsoft, nuestro objetivo es empoderarlos con herramientas digitales de última generación para aprovechar todo el ingenio colectivo de cada investigador y laboratorio de todo el mundo.
Al igual que la IA generativa ha desatado nuevas olas de creatividad y ha mejorado la productividad con herramientas colaborativas como Copilot, ahora llevamos la IA y las capacidades de procesamiento del lenguaje natural a la ciencia. Nuestro objetivo es integrar el razonamiento de la IA en todas las etapas del método científico: esto requiere el poder de los modelos de IA de próxima generación para acelerar el proceso científico desde la hipótesis hasta los resultados. Comienza con la investigación del conocimiento y la generación de hipótesis, para conectar los puntos mediante la generación de millones de posibles soluciones candidatas moleculares, luego reduce los candidatos con experimentos digitales y analiza los resultados, todo en cuestión de días. Demostramos cómo este enfoque puede obtener resultados en el mundo real en nuestra colaboración con PNNL, donde seleccionamos a más de 32 millones de candidatos para descubrir y sintetizar un nuevo material que tiene el potencial de mejores baterías, un ejemplo tangible de las posibilidades en esta nueva era de descubrimientos científicos.
Cuando se alimente de herramientas de lenguaje natural, este nuevo paradigma ayudará a crear un bucle de razonamiento autónomo con IA en cada etapa como asistente científico. Redefinirá la forma en que abordamos la innovación al democratizar estas capacidades para realizar descubrimientos innovadores.
Anuncio de nuevas funcionalidades de Azure Quantum Elements
La Química Generativa dará rienda suelta a una nueva ola de creatividad para los científicos encargados de descubrir y diseñar nuevas moléculas. Esto permitirá un crecimiento revolucionario en muchas industrias, ya sea al ayudar a una empresa de petróleo y gas a descubrir un aditivo de combustible más fuerte para mejorar la longevidad de la vida útil del motor, o a una empresa de adhesivos que crea un nuevo producto químico para fortalecer la adhesión y eliminar los residuos no deseados.
Podríamos comparar este proceso de descubrimiento con la búsqueda de una pequeña caja en un almacén grande, abarrotado y oscuro con una pequeña linterna. Solo podemos enfocar la luz en un área pequeña a la vez, mientras que el resto del almacén permanece oscuro y desconocido por completo. La IA generativa nos da una luz mucho más inteligente que puede apuntar en nuevas direcciones, para proporcionar visibilidad donde quizás no hayamos considerado -o no hayamos podido- mirar antes.
Los investigadores pueden pedir a la Química Generativa moléculas con las características deseadas, como la capacidad de degradarse con rapidez o reciclarse de manera más fácil. También pueden proporcionar información sobre su aplicación específica y dejar que el sistema ayude a determinar las propiedades moleculares relevantes. Después de algunos pasos más, reciben un conjunto de candidatos, que coinciden con esos parámetros, para su posterior estudio.
Sin embargo, la simple generación de candidatos no es suficiente para transformar el proceso de descubrimiento con IA. Los criterios esenciales para las herramientas computacionales en química son que ayudan a los científicos a descubrir moléculas que son novedosas, sintetizables y útiles en el mundo real. Es por eso que estoy emocionado de ver que nuestro enfoque de la Química Generativa cobra vida, al sugerir moléculas que no se han visto antes, con propiedades útiles ajustadas para una aplicación específica y cuya síntesis es factible en un número razonable de pasos.
Por esta razón, la Química Generativa ofrecerá a los investigadores posibles pasos a tener en cuenta a la hora de desarrollar su «receta» para sintetizar estos candidatos moleculares en un laboratorio. El soporte para este componente crítico se ha desarrollado a partir de las capacidades de nuestro software AutoRXN, para explorar las reacciones químicas en orden inverso, lo que puede ayudar a evaluar las vías de síntesis para crear una molécula objetivo.
Esta capacidad es en verdad innovadora para el descubrimiento científico. Las empresas y los grupos de investigación pueden buscar métodos eficientes, rentables e innovadores para desarrollar nuevas moléculas en cuestión de días, lo que comprime el proceso iterativo de extensas búsquedas en bases de datos y experimentos de laboratorio de prueba y error. Este flujo de trabajo de extremo a extremo proporcionará a los científicos compuestos nuevos por completo, que podrían conducir al próximo avance en la fabricación, la medicina y más.
También anunciamos Accelerated DFT para ofrecer una solución de química cuántica simplificada y más potente para los científicos. Durante las últimas décadas, DFT ha sido un método en extremo popular, utilizado en una variedad de simulaciones moleculares, para ayudar a los investigadores a simular y estudiar la estructura electrónica de átomos, moléculas y nanopartículas, así como superficies e interfaces.
Podemos comparar los sistemas moleculares con los sistemas de tráfico, donde los automóviles que se mueven en varias direcciones a diferentes velocidades representan electrones. Desde un helicóptero de tráfico, podemos observar el flujo general del tráfico, incluso si no conocemos la velocidad y el destino de cada automóvil. DFT proporciona esta «vista de helicóptero» de los sistemas moleculares, lo que simplifica la compleja tarea de rastrear electrones individuales al mapear la «densidad» de ellos a mayor altitud.
Estas simulaciones DFT pueden ser complejas de optimizar y ejecutar, y a menudo requieren recursos a escala de supercomputadora. Esta es la razón por la que nuestro servicio DFT administrado, basado en la innovación desarrollada por Microsoft Research, permite a los investigadores realizar cálculos mucho más rápidos que otros códigos DFT y ofrece un aumento promedio de 20 veces en la velocidad en comparación con PySCF, un código DFT de código abierto utilizado de manera amplia.
La DFT acelerada ya es utilizada por muchas organizaciones como AspenTech, DTU Energy University of Denmark y Unilever. Se integra a la perfección en flujos de trabajo más amplios de química y ciencia de materiales, y allana el camino para acelerar las innovaciones en terapia, sostenibilidad ambiental y más.
Pueden obtener más información sobre este anuncio en el blog técnico, Introducción a dos nuevas y eficaces funcionalidades de Azure Quantum Elements: química generativa y DFT acelerada.
Pioneros en un nuevo paradigma de descubrimiento científico con Unilever
Unilever se encuentra a la vanguardia de la industria de bienes de consumo, con una sólida cartera de marcas para el hogar que son utilizadas por 3.400 millones de personas todos los días, en la que se incluye a Dove, TRESemmé, Omo, Degree, Hellmann’s y Ben & Jerry’s. Ya sean productos de limpieza, belleza o cuidado, cada uno requiere los últimos avances científicos para garantizar la mejor experiencia posible al consumidor y mejorar la vida diaria.
Durante los últimos dos años y medio, Unilever ha trabajado con Microsoft para identificar nuevas capacidades digitales que impulsen la innovación de productos. Unilever da vida a su visión digital a través del transformador DataLab, su contraparte digital de los laboratorios físicos de la compañía, con la ayuda de Microsoft Azure. Desde descubrir los secretos del microbioma de nuestra piel hasta reducir la huella de carbono de un negocio multimillonario, Unilever redefine lo que significa ser una empresa de bienes de consumo en el mundo moderno con ciencia líder.
Con Copilot y las capacidades de simulación avanzadas de Azure Quantum Elements, Unilever puede consultar información científica a través de lenguaje natural, para realizar miles de simulaciones computacionales en el tiempo que se tardaría en ejecutar decenas de experimentos de laboratorio. Los científicos de Unilever pueden utilizar los datos recopilados de estas simulaciones para afinar modelos que examinan decenas de miles de materiales a una velocidad sustancial o permiten la exploración de reacciones químicas intrincadas.
Por ejemplo, los equipos de investigación y desarrollo pueden ampliar su espacio de búsqueda de nuevas moléculas que restauren los enlaces naturales en las fibras capilares en más tipos de cabello, además de redefinir a su vez los estándares de cuidado personalizado del cabello para marcas como Dove y TRESemmé. Además, al colocar las simulaciones a escala a la vanguardia del embudo de descubrimiento, Unilever estará aún más capacitada para acelerar la entrega de soluciones dentro de sus áreas clave de enfoque de sostenibilidad.
«Las herramientas digitales han comenzado a iniciar una era de descubrimientos científicos sin precedentes. Gracias a la potencia informática avanzada y a la IA, somos capaces de comprimir décadas de trabajo de laboratorio en días, para acceder a un nivel de conocimiento que antes no podíamos haber imaginado. Este salto tecnológico, junto con nuestro vasto repositorio de datos patentados y un siglo de experiencia en el cuidado personal y del hogar, significa que nuestros científicos pueden liderar la industria en el desarrollo de la próxima generación de bienes de consumo».
— Alberto Prado, director global de investigación y desarrollo digital y asociaciones de Unilever
Ampliación de las funcionalidades cuánticas en Azure Quantum Elements
Nos encontramos en la cúspide de una innovación sin precedentes y, en Microsoft, somos pioneros en soluciones de vanguardia para marcar el comienzo de una nueva era de descubrimientos científicos. Seguimos centrados en lograr una computación cuántica a escala y más avances en nuestro camino hacia la ingeniería de nuestros qubits topológicos con una estabilidad inherente a nivel de hardware.
A principios de este año, demostramos con Quantinuum los qubits lógicos más fiables registrados, un avance mayor en el estado del arte de la computación cuántica. Y de manera reciente, simulamos un catalizador químico que combina supercomputadoras clásicas, IA y qubits lógicos creados con el sistema de virtualización de qubits de Microsoft y el hardware H1 de Quantinuum. Esta combinación es la clave para desbloquear los avances científicos habilitados por una nueva generación de aplicaciones de computación híbrida.
En los próximos meses, ofreceremos funcionalidades avanzadas de qubits lógicos con nuestro software y el hardware de Quantinuum en versión preliminar privada en Azure Quantum Elements. A medida que las capacidades de los qubits lógicos se amplíen para ofrecer resultados cada vez más fiables, desbloquearemos la precisión de la simulación, lo que nos llevará de una ventaja científica a una ventaja comercial y, en última instancia, a la resolución de algunos de los problemas más apremiantes del mundo.
Acelerar los descubrimientos científicos, juntos
Estamos comprometidos con el avance de estas tecnologías de manera responsable, siempre centrándonos en la innovación, el empoderamiento y la confianza. Es por eso que estamos comprometidos con las prácticas informáticas responsables y los principios de IA de Microsoft, para ayudar a garantizar que las medidas de seguridad tengan en cuenta de manera adecuada el creciente poder de la IA y la cuántica.
Para obtener más información sobre los anuncios de hoy:
- Regístrense para obtener más información sobre Accelerated DFT y Química Generativa, como parte de la versión preliminar privada de Azure Quantum Elements.
- Lean el blog técnico, Presentación de dos nuevas y eficaces funcionalidades de Azure Quantum Elements: química generativa y DFT acelerada.
- Regístrense para nuestro próximo seminario web de la ACS
- Den un vistazo a la próxima serie de seminarios web sobre el futuro de la nube sobre nuestra visión de acelerar el descubrimiento científico para la innovación empresarial.
Imagen de portada: Líderes de Unilever y Microsoft debaten sobre el programa Azure Quantum Elements.
Fuentes
1. «Estadísticas y recursos | Informe Científico 2021«. Esto se traduce en 8.854 millones de investigadores equivalentes a tiempo completo (FTE) para 2018».