Prof. Thomas D. K\u00fchne | Direktor
Center for Advanced Systems Understanding (CASUS) am HZDR
E-Mail:
![\"E-Mail\"](\"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-content\/uploads\/2026\/08\/62e89fe88d85cc36ca889384a596ede7.jpg\")
<\/p>\n(openPR) F\u00fcr viele Simulationsanwendungen hat sich die 1998 mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Dichtefunktionaltheorie (DFT) als entscheidend herauskristallisiert. \u201eDie Achillesferse der DFT ist das sogenannte Austausch-Korrelations-Funktional\u201c, erl\u00e4utert CASUS-Direktor Prof. Thomas D. K\u00fchne. Mit Funktionalen sucht man in der Wissenschaft die f\u00fcr ein Problem am besten geeignete Funktion. Zwar wurden die in den vergangenen Jahren entwickelten Austausch-Korrelations-Funktionale f\u00fcr die DFT immer besser, doch die genauesten Funktionale ben\u00f6tigen so viel Rechenzeit, dass sie nur f\u00fcr Systeme mit wenigen Teilchen genutzt werden k\u00f6nnen. Skala ist ein neues, von Microsoft Research AI for Science entwickeltes Austausch-Korrelations-Funktional. Statt eine weitere Ebene mathematischer Formeln einzuf\u00fchren, setzte Microsoft bei Skala auf einen neuen Ansatz: Hier hat ein neuronales Netzwerk gelernt, wie sich die Elektronendichten in verschiedenen Bereichen gegenseitig beeinflussen. Damit ist Skala eines der ersten verf\u00fcgbaren KI-basierten Austausch-Korrelations-Funktionale.<\/p>\n
\u201eDie von Microsoft Research im Jahr 2025 vorgestellten Ergebnisse waren beeindruckend, insbesondere die Kombination aus Genauigkeit und Recheneffizienz bei bestimmten DFT-Berechnungen\u201c, berichtet K\u00fchne. \u201eF\u00fcr uns war klar, dass wir die Gelegenheit nutzen, diesen neuen Ansatz im Rahmen von CP2K zu evaluieren und seine Anwendbarkeit auf f\u00fcr unsere Community relevante Probleme zu erkunden. Nat\u00fcrlich freuen wir uns sehr, die erste Gruppe au\u00dferhalb von Microsoft zu sein, die den Nutzen von Skala best\u00e4tigt hat.\u201c Mitte August ver\u00f6ffentlichten die Wissenschaftler die ersten Ergebnisse ihrer Zusammenarbeit in einem Preprint. Die Ergebnisse zeigen, dass der eingeschlagene Weg vielversprechend ist. \u201eMit Skala erreichen wir f\u00fcr unseren konkreten Testfall einen merklichen Sprung in der Genauigkeit der Simulationen,\u201c berichtet Erstautor Franz P\u00f6schel aus dem CASUS-Team \u201eScientific Computing Core\u201c. <\/p>\n
Hohes Interesse nach Ank\u00fcndigung<\/p>\n
Microsoft Research AI for Science hatte die Integration von Skala in CP2K im Fr\u00fchjahr 2026 auf einer Konferenz angek\u00fcndigt. Seitdem gab es seitens der Community immer wieder Nachfragen zum Arbeitsstand. \u201eAuf der einen Seite hat uns das Interesse gefreut, auf der anderen Seite standen wir unter einem gewissen Zugzwang, zu liefern\u201c, f\u00e4hrt P\u00f6schel fort. \u201eIch bin daher froh, mitteilen zu k\u00f6nnen, dass Skala jetzt innerhalb von CP2K f\u00fcr Simulationen von molekularen Systemen verf\u00fcgbar ist.\u201c
Dr. Sebastian Ehlert, Senior Researcher bei Microsoft Research AI for Science, erl\u00e4utert, warum CP2K eine so gro\u00dfe Bedeutung f\u00fcr das Skala-Team hat: \u201eUm die Skala-Verbreitung zu f\u00f6rdern, sollte Skala dort verf\u00fcgbar sein, wo die Community aktiv ist. CP2K ist seit vielen Jahren ein Dreh- und Angelpunkt der Forschung im Bereich der computergest\u00fctzten Chemie und steht daher nat\u00fcrlich ganz oben auf der Priorit\u00e4tenliste f\u00fcr die Integration.\u201c<\/p>\n
Das CP2K-\u00d6kosystem ist ein leistungsstarkes Werkzeug f\u00fcr die Durchf\u00fchrung von DFT-Berechnungen, insbesondere im Zusammenhang mit Dynamiksimulationen gro\u00dfer Systeme \u00fcber lange Zeitr\u00e4ume. Auf der Open-Source-Softwareplattform k\u00f6nnen Molek\u00fcle, Fl\u00fcssigkeiten, Festk\u00f6rper und biologische Systeme auf Basis quantenmechanischer Methoden wie der Dichtefunktionaltheorie sowie klassischer Molekulardynamik simuliert werden. Dank seiner effizienten Algorithmen und der M\u00f6glichkeit, einzelne Rechenschritte auf spezialisierten Computerarchitekturen parallel ausf\u00fchren zu k\u00f6nnen, kann CP2K auch sehr gro\u00dfe Systeme mit Tausenden bis Zehntausenden Atomen berechnen. Dadurch eignet sich die Software insbesondere f\u00fcr die Erforschung von Batteriematerialien, Katalysatoren, Halbleitern, Proteinen und anderen komplexen Materialien. J\u00fcngst wurde CP2K um Funktionen erweitert, die den Einsatz KI-gest\u00fctzter Modelle erm\u00f6glichen. Diese k\u00f6nnen mit durch CP2K erzeugten Trainingsdaten molekulare Energien und Kr\u00e4fte mit hoher Genauigkeit vorhersagen. Das erweitert die Zeit- und L\u00e4ngenskalen der Simulationen.<\/p>\n
Weitere Neuerungen in Vorbereitung<\/p>\n
Vor der Ver\u00f6ffentlichung testeten die verantwortlichen Teams von Microsoft Research AI for Science und CASUS die Skala-Integration in CP2K ausgiebig. \u201eWir m\u00f6chten sicherstellen, dass Skala \u00fcber verschiedene Programme und Einstellungen hinweg eine gleichbleibende Genauigkeit und Geschwindigkeit bietet\u201c, sagt Ehlert. \u201eGemeinsam mit dem CP2K-Team haben wir eine Reihe von Integrationstests entwickelt, um zu gew\u00e4hrleisten, dass Skala numerisch korrekte Ergebnisse liefert. Wir sind besonders dankbar f\u00fcr die Unterst\u00fctzung des CASUS-Teams, das \u00fcber fundierte Erfahrung in der numerischen Verifizierung von Berechnungsmethoden verf\u00fcgt.\u201c<\/p>\n
Skala ist keine feststehende L\u00f6sung: Das KI-Modell wird st\u00e4ndig verbessert und um neue F\u00e4higkeiten erweitert. Bald sollen auch Simulationen von periodischen Festk\u00f6rpern wie Metallen und Halbleitern sowie von Fl\u00fcssigkeiten m\u00f6glich sein. CP2K kann als Plattform f\u00fcr eine schnelle und breite Einf\u00fchrung dienen: Durch die erfolgte Integration hat man immer die neueste Skala-Version zur Hand. \u201eMicrosoft Research AI for Science stellt hohe Anforderungen an seine Forschungspartner\u201c, erkl\u00e4rt K\u00fchne. \u201eWir sind bei der weiterhin laufenden Zusammenarbeit zuversichtlich, dass auf diesen ersten Erfolg weitere folgen werden.\u201c<\/p>\n
wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Thomas D. K\u00fchne | Direktor
Center for Advanced Systems Understanding (CASUS) am HZDR
E-Mail: <\/p>\n
Originalpublikation:
F. P\u00f6schel, J. Pototschnig, F. Stein, A. Kn\u00fcpfer, T. Vogels, S. Battaglia, S. Ehlert, J. Hutter, T. D. K\u00fchne: Molecular Implementation of the Machine-Learned Skala Exchange-Correlation Functional in CP2K through GauXC, 2026, arXiv (DOI: 10.48550\/arXiv.2608.19033)<\/p>\n
Disclaimer: F\u00fcr den obigen Pressetext inkl. etwaiger Bilder\/ Videos ist ausschlie\u00dflich der im Text angegebene Kontakt verantwortlich. Der Webseitenanbieter distanziert sich ausdr\u00fccklich von den Inhalten Dritter und macht sich diese nicht zu eigen. Wenn Sie die obigen Informationen redaktionell nutzen m\u00f6chten, so wenden Sie sich bitte an den obigen Pressekontakt. Bei einer Ver\u00f6ffentlichung bitten wir um ein Belegexemplar oder Quellenennung der URL.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"(openPR) F\u00fcr viele Simulationsanwendungen hat sich die 1998 mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Dichtefunktionaltheorie (DFT) als entscheidend herauskristallisiert. \u201eDie…\n","protected":false},"author":2,"featured_media":261276,"comment_status":"","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":"","_share_on_mastodon":"0"},"categories":[15],"tags":[55494,7342,46,480,1356,45,60,59,44,64,61,63,62,20627],"class_list":["post-261275","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","category-wissenschaft-technik","tag-anforderungen","tag-austausch","tag-ch","tag-chemie","tag-forschung","tag-schweiz","tag-science","tag-science-technology","tag-switzerland","tag-technik","tag-technology","tag-wissenschaft","tag-wissenschaft-technik","tag-wissenschaftler"],"share_on_mastodon":{"url":"https:\/\/pubeurope.com\/@ch_de\/117134014202288426","error":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/261275","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=261275"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/261275\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/261276"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=261275"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=261275"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/ch-de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=261275"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}