O modelo de IA Skala já está disponível na plataforma de simulação de código aberto CP2K
A CASUS e a Microsoft Research unem forças
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O modelo Skala AI, desenvolvido pela Microsoft Research AI for Science, está agora disponível através do ecossistema de software CP2K. Graças ao Skala, os investigadores podem realizar simulações de mecânica quântica de sistemas moleculares de maior dimensão, alcançando simultaneamente um nível mais elevado de precisão. No início de 2026, a divisão de investigação da Microsoft e a equipa CP2K do Center for Advanced Systems Understanding (CASUS), no Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, iniciaram uma colaboração para integrar o modelo de IA Skala no CP2K. Espera-se que a comunidade global do CP2K teste a aplicabilidade do modelo de IA a uma ampla variedade de problemas nas áreas da química, física, ciência dos materiais e engenharia.
Para muitas aplicações de simulação, a teoria do funcional da densidade (DFT) — que recebeu o Prémio Nobel em 1998 — revelou-se crucial. «O calcanhar de Aquiles da DFT é o chamado funcional de troca-correlação», afirma o Prof. Thomas D. Kühne, diretor do CASUS. Na ciência, os funcionais referem-se à procura da função mais adequada para um determinado problema. Embora os funcionais de troca-correlação desenvolvidos para a DFT nos últimos anos se tenham tornado cada vez mais sofisticados, os funcionais mais precisos exigem tanto tempo de cálculo que só podem ser utilizados para sistemas com um pequeno número de partículas. O Skala é um novo funcional de troca-correlação desenvolvido pela Microsoft Research AI for Science. Em vez de introduzir mais uma camada de fórmulas matemáticas, a Microsoft adotou uma nova abordagem com o Skala: neste caso, uma rede neural aprendeu como as densidades eletrónicas em diferentes regiões se influenciam mutuamente. Isto torna o Skala um dos primeiros funcionais de troca-correlação baseados em IA disponíveis.
«Os resultados apresentados pela Microsoft Research em 2025 foram impressionantes, particularmente a combinação de precisão e eficiência computacional para determinados cálculos DFT», relata Kühne. «Vimos uma oportunidade de avaliar a abordagem no âmbito do CP2K e compreender melhor a sua aplicabilidade a problemas relevantes para a nossa comunidade. É claro que estamos entusiasmados por sermos o primeiro grupo fora da Microsoft a confirmar os benefícios do Skala.» Numa pré-publicação divulgada em meados de agosto, cientistas do CASUS e da Microsoft Research apresentam os primeiros resultados da colaboração. Demonstram que a abordagem adotada é, de facto, promissora. «Posso confirmar que, com o Skala, alcançámos um salto notável na precisão das nossas simulações para o nosso caso de teste específico», afirma o autor principal, Franz Pöschel, do Núcleo de Computação Científica do CASUS.
Grande interesse na sequência do anúncio
A Microsoft Research AI for Science tinha anunciado, numa conferência na primavera de 2026, a próxima integração do Skala no CP2K. Desde então, a comunidade tem acompanhado regularmente o progresso. «Embora estivéssemos satisfeitos com o interesse, sentíamos uma certa pressão para cumprir o prometido», afirma Pöschel. «Por isso, tenho o prazer de confirmar que o Skala está agora disponível no CP2K para simulações de sistemas moleculares.» O Dr. Sebastian Ehlert, investigador sénior da Microsoft Research AI for Science, explica por que razão o CP2K é tão importante para a equipa do Skala: «Para aumentar a adoção, o Skala deve estar disponível onde a comunidade já trabalha. O CP2K tem sido uma pedra angular da investigação em química computacional há muitos anos, o que o torna uma prioridade natural para integração.»
O ecossistema de software do CP2K é uma ferramenta poderosa para realizar cálculos DFT, particularmente no contexto de simulações dinâmicas de grandes sistemas ao longo de longos períodos de tempo. Nesta plataforma de código aberto, é possível simular moléculas, líquidos, sólidos e sistemas biológicos utilizando métodos da mecânica quântica, tais como a teoria do funcional da densidade e a dinâmica molecular clássica. Graças aos seus algoritmos eficientes e à capacidade de executar etapas computacionais individuais em paralelo em arquiteturas informáticas especializadas, o CP2K consegue calcular até mesmo sistemas muito grandes, com milhares a dezenas de milhares de átomos. Isto torna o software particularmente adequado para a investigação de materiais para baterias, catalisadores, semicondutores, proteínas e outros materiais complexos. Recentemente, o CP2K foi aprimorado com funcionalidades que permitem a utilização de modelos baseados em IA. Utilizando dados de treino gerados pelo CP2K, estes modelos conseguem prever energias e forças moleculares com elevada precisão. Isto alarga as escalas temporais e de comprimento das simulações.
Mais atualizações em preparação
Antes do lançamento, as equipas da Microsoft Research AI for Science e da CASUS testaram exaustivamente a integração do Skala no CP2K. «Queremos garantir que o Skala oferece precisão e velocidade consistentes em diferentes programas e configurações», afirma Ehlert. «Em conjunto com a equipa do CP2K, criámos um conjunto de testes de integração para garantir que o Skala forneça resultados numericamente corretos. Estamos especialmente gratos pelo apoio da equipa da CASUS, com a sua profunda experiência em verificação numérica de métodos computacionais, para conceber este conjunto de testes de integração.»
O Skala não é uma aproximação estática: o modelo de IA está constantemente a ser melhorado e expandido com novas capacidades. Em breve, permitirá simulações de sólidos periódicos — tais como metais e semicondutores —, bem como de líquidos. O CP2K pode servir de plataforma para uma adoção rápida e generalizada: a recente integração facilitará a disponibilização da versão mais recente do Skala no CP2K. «A Microsoft Research AI for Science impõe padrões elevados aos seus parceiros de investigação», explica Kühne. «Estamos confiantes de que, na sequência deste sucesso inicial, a nossa colaboração conduzirá a muitas mais conquistas.»
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