Integrating machine learning with scattering calculations to improve molecular collision observable predictions
Notice bibliographique
Résumé
This thesis demonstrates that machine learning can be integrated with rigorous quantum scattering calculations to improve predictions of molecular collision observables, a problem important to fields ranging from cold-atom physics to vacuum metrology. Rigorous quantum scattering calculations are limited by the fitting of high-dimensional potential energy surfaces (PES), the sensitivity of collision observables to the uncertainty in PES fitting, and the computational demands of achieving full convergence with large basis sets. The thesis begins by fitting polyatomic PES using Gaussian process (GP) regression built on quantum kernels. To provide an unbiased comparison between classical and quantum kernels, I develop an algorithm that uses an analog of the Bayesian information criterion to optimize the sequence of quantum gates, increasing the complexity of the quantum circuits incrementally. The algorithm achieves much higher PES fitting accuracy with fewer quantum gates than a fixed quantum circuit ansatz, matching state-of-the-art classical GP regression models. To examine the response of collision observables to the uncertainty in PES fitting, I employ rigorous quantum scattering calculations to perform a comprehensive analysis of the universality in thermal atom-atom collision rate coefficients. I demonstrate that the rate coefficients for heavy, highly polarizable atoms are insensitive to the variations in the interatomic interactions at short range. I provide phase diagrams separating universal from non-universal collisions by treating collision observables as probabilistic predictions determined by a distribution of interaction potentials. I then extend the analysis of the universality to atom-molecule collisions. I demonstrate that the rate coefficients of total (elastic + inelastic) atom-molecule scattering are insensitive to the interaction anisotropy of the underlying PES. Specifically, I show that the rate coefficients for Rb-H2 and Rb-N2 scattering at room temperature can be computed to 1% accuracy with the anisotropy set to zero, reducing the basis set size in coupled-channel quantum scattering calculations to the single-channel limit. To improve collision observables calculated with reduced basis sets, I present a basis-set extrapolation method for quantum scattering calculations based on GP regression. I demonstrate that the method can extrapolate fully converged collision observables using those calculated with reduced basis sets, with accuracy matching experimental requirements and theoretical approximations.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,002 | 0,009 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,002 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».