Forschung
Von der Quantendynamik einzelner Moleküle bis zu KI-Systemen, die viele Menschen nutzen – der rote Faden ist, komplexe Simulationen und kreative Aufgaben schnell und zugänglich zu machen.
Maschinelles Lernen für Moleküle und Materialien
Wer neue Materialien und Moleküle entwerfen will – für Medikamente, Elektronik oder Solarenergie –, muss ihr Verhalten auf atomarer Ebene verstehen: wie sich Moleküle zu Kristallen anordnen oder wie sie auf Wärme und Licht reagieren. Quantenmechanische Simulationen sind dafür äußerst genau, aber sehr langsam.
Machine-Learning-Modelle, die auf quantenchemischen Daten trainiert werden, lernen diese Zusammenhänge und erreichen quantenchemische Genauigkeit zu einem Bruchteil der Kosten. So lassen sich große Mengen an Verbindungen und lichtgetriebenen Prozessen durchsuchen – und leistungsfähige Simulationen rücken näher an Entscheidungen in Echtzeit in Chemie und Materialwissenschaft.
Maschinelles Lernen für Grafikdesign
Gute visuelle Inhalte – für Präsentationen, soziale Medien oder Branding – erfordern Gestaltungskompetenz und Zeit. Maschinelles Lernen kann Teile des kreativen Prozesses unterstützen und automatisieren und aus einfachen Beschreibungen Bilder, Layouts und Texte erzeugen.
Große Sprachmodelle und Bildgenerierung, etwa mit Diffusionsmodellen, ermöglichen Funktionen, die Layouts vorschlagen, Texte umformulieren, Bilder bearbeiten oder neue Visuals erstellen – so entstehen professionelle Inhalte in Sekunden, auch ohne Designerfahrung.
Angeregte Zustände und Photodynamik
Was in den Femtosekunden nach der Lichtabsorption eines Moleküls passiert, entscheidet darüber, ob DNA geschädigt wird, ob eine Solarzelle funktioniert oder ob ein molekularer Schalter umklappt. Ich habe Simulationsmethoden für diese nicht-adiabatischen Prozesse entwickelt und das Surface-Hopping-Programmpaket SHARC mitentwickelt.
Die Kombination dieser Simulationen mit neuronalen Netzen ermöglichte Moleküldynamik angeregter Zustände über deutlich längere Zeiten und für größere Systeme als zuvor – ein früher Schritt hin zu heutigen maschinell gelernten interatomaren Potentialen.
Laser-Molekül-Wechselwirkungen
Extrem kurze, intensive Laserpulse wirken wie eine Hochgeschwindigkeitskamera aus Licht: Mit einer Dauer von nur wenigen Femtosekunden (10⁻¹⁵ s) sind sie schnell genug, um zu verfolgen, wie sich Atome und Elektronen während einer Reaktion bewegen.
Quantendynamische Simulationen zeigen, wie ein geformtes Laserfeld mit einem Molekül wechselwirkt – wie es Bindungen brechen, bilden oder umordnen kann – und wie sich chemische Reaktionen mit Licht steuern lassen.