Molecular property prediction is a fundamental task in the drug and material industries. Physically, the properties of a molecule are determined by its own electronic structure, which is a quantum many-body system and can be exactly described by the Schr"odinger equation. Full-range many-body interactions between electrons have been proven effective in obtaining an accurate solution of the Schr"odinger equation by classical computational chemistry methods, although modeling such interactions consumes an expensive computational cost. Meanwhile, deep learning methods have also demonstrated their competence in molecular property prediction tasks. Inspired by the classical computational chemistry methods, we design a novel method, namely GEM-2, which comprehensively considers full-range many-body interactions in molecules. Multiple tracks are utilized to model the full-range interactions between the many-bodies with different orders, and a novel axial attention mechanism is designed to approximate the full-range interaction modeling with much lower computational cost. Extensive experiments demonstrate the overwhelming superiority of GEM-2 over multiple baseline methods in quantum chemistry and drug discovery tasks. The ablation studies also verify the effectiveness of the full-range many-body interactions.


翻译:分子财产预测是药物和材料行业的一项基本任务。在物理上,分子的特性是由其本身的电子结构决定的,这是一个量子多体系统,可以由Schr'odinger方程式精确描述。电子之间的全程多体相互作用已证明有效地通过古典计算化学方法获得Schr'odinger方程式的准确解决方案,尽管这种相互作用的模型化需要花费昂贵的计算费用。与此同时,深层学习方法也显示了它们在分子财产预测任务方面的能力。在古典计算化学方法的启发下,我们设计了一种新颖的方法,即全面考虑分子中全程多体相互作用的GEM-2。多轨道被用来模拟具有不同顺序的许多机体之间的全程相互作用,并设计了一种新的轴心注意机制,将全程相互作用模型与低得多的计算费用相近。广泛的实验表明,GEM-2在量化学和药物发现任务中压倒性优势于多个基线方法。此外,还进行对比研究还核实了全程多体相互作用的有效性。

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