Molecular dynamics (MD) simulation is the workhorse of various scientific domains but is limited by high computational cost. Learning-based force fields have made major progress in accelerating ab-initio MD simulation but are still not fast enough for many real-world applications that require long-time MD simulation. In this paper, we adopt a different machine learning approach where we coarse-grain a physical system using graph clustering, and model the system evolution with a very large time-integration step using graph neural networks. A novel score-based GNN refinement module resolves the long-standing challenge of long-time simulation instability. Despite only trained with short MD trajectory data, our learned simulator can generalize to unseen novel systems and simulate for much longer than the training trajectories. Properties requiring 10-100 ns level long-time dynamics can be accurately recovered at several-orders-of-magnitude higher speed than classical force fields. We demonstrate the effectiveness of our method on two realistic complex systems: (1) single-chain coarse-grained polymers in implicit solvent; (2) multi-component Li-ion polymer electrolyte systems.


翻译:分子动态模拟(MD)是各种科学领域的工作马匹,但受到高计算成本的限制。基于学习的力量场在加速 ab-initio MD 模拟方面已经取得重大进展,但对于许多需要长期MD模拟的实际应用来说仍然不够快。在本文中,我们采用了不同的机器学习方法,我们用图形组合来粗化一个物理系统,并且利用图形神经网络用非常大的时间整合步骤来模拟系统演进。一个新的基于分数的GNN精炼模块解决了长期模拟不稳定的长期挑战。尽管我们学习的模拟器只受过短期MD轨迹数据的培训,但我们的模拟器可以向看不见的新系统和模拟进行比培训轨迹长得多的模拟。需要10-100ns级长期动态的属性可以精确地在几级高于古典力场的磁力系统中恢复。我们用两种现实的复杂系统展示了我们的方法的有效性:(1) 隐含溶剂中的单链混凝聚合物;(2) 多组件激光聚合电解系统。

0
下载
关闭预览

相关内容

【干货书】真实机器学习,264页pdf,Real-World Machine Learning
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
58+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
151+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月29日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
VIP会员
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
VCIP 2022 Call for Special Session Proposals
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年4月1日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月29日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员