Given access to accurate solutions of the many-electron Schr\"odinger equation, nearly all chemistry could be derived from first principles. Exact wavefunctions of interesting chemical systems are out of reach because they are NP-hard to compute in general, but approximations can be found using polynomially-scaling algorithms. The key challenge for many of these algorithms is the choice of wavefunction approximation, or Ansatz, which must trade off between efficiency and accuracy. Neural networks have shown impressive power as accurate practical function approximators and promise as a compact wavefunction Ansatz for spin systems, but problems in electronic structure require wavefunctions that obey Fermi-Dirac statistics. Here we introduce a novel deep learning architecture, the Fermionic Neural Network, as a powerful wavefunction Ansatz for many-electron systems. The Fermionic Neural Network is able to achieve accuracy beyond other variational quantum Monte Carlo Ans\"atze on a variety of atoms and small molecules. Using no data other than atomic positions and charges, we predict the dissociation curves of the nitrogen molecule and hydrogen chain, two challenging strongly-correlated systems, to significantly higher accuracy than the coupled cluster method, widely considered the most accurate scalable method for quantum chemistry at equilibrium geometry. This demonstrates that deep neural networks can improve the accuracy of variational quantum Monte Carlo to the point where it outperforms other ab-initio quantum chemistry methods, opening the possibility of accurate direct optimization of wavefunctions for previously intractable many-electron systems.


翻译:在获得许多电子Schr\'odinger等方程式的准确解决方案时,几乎所有化学都可以从最初的原则中得出。有趣的化学系统的精密波形功能都无法达到,因为它们一般的计算很难,但是可以使用多分子缩缩算算法来找到近效。许多这些算法的关键挑战是选择波子近距离或Ansatz,这必须在效率和准确性之间进行交换。神经网络显示精确的实用功能相配能力令人印象深刻,并承诺成为旋转系统的紧凑波子功能 Ansatz,但电子化学结构的问题需要广泛的波形功能,以遵守Fermi-Dirac统计数据。在这里,我们引入了一个新的深层次学习结构,即铁质神经网络,作为许多电子系统的强大波子功能缩缩缩缩缩缩。铁神经网络在多种原子和小分子的变异性量量度上,除了原子位置和电荷外,其他数据都没有显示,但电子结构的精确度需要广泛的波状功能。我们在此引入了一个新的深层次结构结构结构的精度结构,比其他的精度更精确的精度系统更精确性更精确的直度,可以用来用来去测量。

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