什么？人工智能（AI）居然能夠猜測(cè)聚變焚燒的成功率，還登上了威望科學(xué)期刊 Science！

這聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)像科幻電影中的情節(jié)，但它卻現(xiàn)已真真實(shí)實(shí)地發(fā)生了——

這一生成式機(jī)器學(xué)習(xí)模型，由美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家試驗(yàn)室構(gòu)建，以超越 70% 的概率猜測(cè)了美國(guó)國(guó)家焚燒裝置（NIF）的一次聚變焚燒試驗(yàn)成果，即“成功焚燒”。其間，焚燒（ignition）是指聚變發(fā)生的能量超越用于試驗(yàn)的激光能量。

論文鏈接：www.science.org/doi/10.1126/science.adm8201

這一發(fā)現(xiàn)可能為未來(lái)從事慣性束縛聚變（ICF）試驗(yàn)的研討人員供給輔導(dǎo)。ICF 試驗(yàn)運(yùn)用高能激光緊縮并加熱氫同位素膠囊，以引發(fā)發(fā)生聚變能的核反應(yīng)，是動(dòng)力缺少年代的一種高效動(dòng)力解決方案。幻想一下，把地球上最強(qiáng)壯的激光體系對(duì)準(zhǔn)一個(gè)細(xì)小的氫膠囊，讓它釋放出巨大的能量，就像把握了微型太陽(yáng)。

研討人員表明，具有“成功的猜測(cè)模型”將為聚變能研討人員供給啟示，協(xié)助他們調(diào)整試驗(yàn)規(guī)劃，并判別未來(lái)提高激光能量及其他變量是否能夠改善聚變產(chǎn)出與功率。

聚變焚燒猜測(cè)，為何重要？

ICF 項(xiàng)目旨在運(yùn)用全球最大的激光體系 NIF，緊縮并加熱一個(gè)含有氫同位素氘和氚（D-T）的毫米級(jí)膠囊。在緊縮過(guò)程中，D-T 燃猜中的核反應(yīng)會(huì)釋放出聚變能量。

ICF 功能的核算機(jī)模仿在 NIF 試驗(yàn)規(guī)劃中十分重要。NIF 每年約進(jìn)行十余次焚燒試驗(yàn)，研討人員有必要依靠這些模仿來(lái)優(yōu)化試驗(yàn)規(guī)劃。為保證這些作業(yè)成功，需求開(kāi)宣布能夠在試驗(yàn)執(zhí)行前精確預(yù)算可觀測(cè)方針量的猜測(cè)模型。

但是，任何實(shí)踐的模仿都有必要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化假設(shè)來(lái)下降核算成本，這一般會(huì)使模仿猜測(cè)與試驗(yàn)調(diào)查之間存在誤差。

為了削減這種誤差，以往研討人員一般在“后處理”階段調(diào)整模型中的不確認(rèn)參數(shù)，使其與試驗(yàn)丈量成果相匹配。調(diào)整后的模型隨后用于“預(yù)處理”階段，進(jìn)行小規(guī)模的外推，從而為未來(lái)的試驗(yàn)供給輔導(dǎo)。

雖然手動(dòng)“后處理”調(diào)參辦法在規(guī)劃空間內(nèi)的小規(guī)模外推中證明是有用的，但仍然需求開(kāi)宣布具有真實(shí)猜測(cè)才能的核算機(jī)模型，以便在激光體系升級(jí)或未來(lái)高產(chǎn)值設(shè)備規(guī)劃時(shí)為決議計(jì)劃供給支撐，麻豆性傳媒尤其是當(dāng)這些設(shè)備將在明顯不同的試驗(yàn)條件下運(yùn)行時(shí)。因?yàn)樵囼?yàn)數(shù)據(jù)稀缺、規(guī)劃空間寬廣以及模仿核算成本昂揚(yáng)，量化這些不確認(rèn)性變得尤為困難。

研討團(tuán)隊(duì)此次提出的猜測(cè)模型，為 ICF 試驗(yàn)猜測(cè)建模供給了一種有遠(yuǎn)景的辦法，并為其他雜亂體系的驅(qū)動(dòng)模型開(kāi)發(fā)供給了新的結(jié)構(gòu)。

AI 怎么完成聚變焚燒猜測(cè)？

在這項(xiàng)作業(yè)中，研討團(tuán)隊(duì)描繪了一種根據(jù)深度學(xué)習(xí)的聯(lián)合信息模型，該模型結(jié)合了模仿與試驗(yàn)，并考慮了多種不確認(rèn)性來(lái)歷。

研討團(tuán)隊(duì)的方針是在試驗(yàn)前供給聚變產(chǎn)值及其他要害確診特征的定量猜測(cè)，并一起考慮不確認(rèn)性，結(jié)合從前搜集的 NIF 數(shù)據(jù)、高保真度的物理模仿以及專家常識(shí)。該模型能夠習(xí)慣修改后的規(guī)劃，作為未來(lái)試驗(yàn)決議計(jì)劃東西，也能在規(guī)劃優(yōu)化研討中供給魯棒性方針。

圖｜猜測(cè)擬議試驗(yàn)變異性的作業(yè)流程。

猜測(cè)模型結(jié)合了很多模仿數(shù)據(jù)庫(kù)、貝葉斯剖析以及機(jī)器學(xué)習(xí)中的搬遷學(xué)習(xí)技能，構(gòu)建了一個(gè)一起根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和模仿數(shù)據(jù)的核算模型。該模型首要根據(jù)從前進(jìn)行的 NIF 試驗(yàn)，運(yùn)用一起根據(jù)模仿和試驗(yàn)的核算模型進(jìn)行構(gòu)建。該模型供給了一系列 NIF 試驗(yàn)中調(diào)查到的模型不確認(rèn)性和試驗(yàn)間變異性的輸入條件。隨后，這些輸入條件被使用于未來(lái)試驗(yàn)的擬議規(guī)劃，根據(jù)從前試驗(yàn)生成預(yù)期成果的散布。

本研討整合了多項(xiàng)改善技能，用于根據(jù)數(shù)據(jù)的 ICF 試驗(yàn)猜測(cè)建模，其間包含運(yùn)用先進(jìn)的高功能核算（HPC）作業(yè)流程生成的大規(guī)模模仿數(shù)據(jù)庫(kù)、貝葉斯后處理剖析以及機(jī)器學(xué)習(xí)中的搬遷學(xué)習(xí)技能。

模型作為之前宣布的貝葉斯后處理剖析的擴(kuò)展，量化了 2021 年至 2022 年期間進(jìn)行的一系列近重復(fù)試驗(yàn)中的變異性。該“變異性模型”為 NIF Hybrid-E 試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)條件供給了預(yù)期變異性的散布，這些散布經(jīng)過(guò)正在測(cè)驗(yàn)的規(guī)劃的機(jī)器學(xué)習(xí)模型向前傳達(dá)，以猜測(cè)未來(lái)試驗(yàn)的功能變異性。

在 2022 年 9 月，NIF 初次運(yùn)用 2.05 兆焦耳（MJ）的激光能量進(jìn)行 ICF 試驗(yàn)，這比之前的 1.9MJ 激光能量有所提高。該規(guī)劃完成了超越1MJ的產(chǎn)出，并為進(jìn)一麻豆性傳媒步的功能提高奠定了根底。

在預(yù)期以 2.05MJ 激光能量驅(qū)動(dòng)的第2次試驗(yàn)中，研討人員在 2022 年 12 月的焚燒成功試驗(yàn)一周前，使用該辦法猜測(cè)該規(guī)劃有 74% 的概率超越盈虧平衡產(chǎn)值，明顯高于之前的任何規(guī)劃。試驗(yàn)的實(shí)踐成果與猜測(cè)的置信區(qū)間完全共同，其他試驗(yàn)可觀丈量也契合預(yù)期。

此外，針對(duì) 2022 年 12 月規(guī)劃的后續(xù)重復(fù)試驗(yàn)，其成果與猜測(cè)的變異性散布共同。模型對(duì)這些變異性的精確猜測(cè)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)成果與猜測(cè)置信區(qū)間的嚴(yán)密共同性得到了驗(yàn)證。

圖｜首要產(chǎn)值（功能方針）與 DSR（百分比）（束縛方針）的聯(lián)系。

不止聚變焚燒猜測(cè)

研討團(tuán)隊(duì)對(duì)一個(gè)受控的聚變?cè)囼?yàn)進(jìn)行了一次定量且具有物理含義的猜測(cè)，該試驗(yàn)完成了方針增益 >1。

該猜測(cè)模型考慮到了試驗(yàn)場(chǎng)所條件中不可避免的變異性，包含激光傳輸和膠囊質(zhì)量的動(dòng)搖、由試驗(yàn)丈量不確認(rèn)性引起的輸入條件不確認(rèn)性，以及行將進(jìn)行的試驗(yàn)的有意規(guī)劃變更。

經(jīng)過(guò)將從前試驗(yàn)的貝葉斯剖析與搬遷學(xué)習(xí)結(jié)合，高效地練習(xí)新規(guī)劃的代替模型，模型能夠在數(shù)天內(nèi)猜測(cè)行將進(jìn)行的試驗(yàn)預(yù)期成果散布。

該猜測(cè)模型考慮了試驗(yàn)場(chǎng)所條件中不可避免的變異性，包含激光傳輸和膠囊質(zhì)量動(dòng)搖、試驗(yàn)丈量不確認(rèn)性引起的輸入條件不確認(rèn)性，以及行將進(jìn)行的試驗(yàn)的有意規(guī)劃變更。經(jīng)過(guò)將從前試驗(yàn)的貝葉斯剖析與搬遷學(xué)習(xí)結(jié)合，高效練習(xí)新規(guī)劃的代替模型。他們能夠在數(shù)天內(nèi)猜測(cè)行將進(jìn)行的試驗(yàn)的預(yù)期成果散布。

這種辦法為未來(lái) NIF 試驗(yàn)供給了一個(gè)優(yōu)化規(guī)劃決議計(jì)劃的時(shí)機(jī)，能夠在可信、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的不確認(rèn)性下進(jìn)行。它不僅限于 ICF，也可使用于其他需求根據(jù)科學(xué)依據(jù)的外推法來(lái)確認(rèn)雜亂工程體系新裝備的研討范疇。

整體而言，這項(xiàng)作業(yè)提出了一種在數(shù)據(jù)稀缺條件下的猜測(cè)建模辦法，其使用規(guī)模遠(yuǎn)不止聚變焚燒。

本文來(lái)自微信大眾號(hào)“學(xué)術(shù)頭條”（ID：SciTouTiao），作者：羊羔，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。