모든 과학자가 AI를 활용한 과학적 발견을 이루도록 지원

마이크로소프트의 비전은 최신 AI 혁신을 통해 과학자들이 최대한 창의력을 발휘하고, 그들이 당면한 문제를 해결할 수 있도록 돕는 것입니다. 이를 위해서는 생성형 AI와 하이브리드 양자 컴퓨팅의 모든 능력을 과학적 연구의 모든 단계에 접목해야 합니다. 지식을 확장하고, 더 나은 가설을 세우며, 실험과 분석을 가속화하려면 과학 맞춤형 클라우드 플랫폼이 필요합니다. 그래서 우리는 화학과 재료 과학 연구를 위한 애저 퀀텀 엘리먼트(Azure Quantum Elements)를 개발했습니다.

오늘 우리는 과학자들이 이 플랫폼을 최대한 활용할 수 있도록 돕기 위해 두 가지 혁신적인 기능인 생성 화학(Generative Chemistry)과 가속 밀도범함수 이론(Accelerated Density Functional Theory, DFT)을 발표합니다. 이 기능들은 향후 화학 발전에 소요될 것으로 추정되는 250년의 시간을 25년으로 대폭 단축할 수 있도록 도울 것입니다.

우리는 생성 화학을 통해 과학 탐구의 지평을 넓히고자 합니다. 연구자들은 수억 개의 화합물을 학습하여 훈련된 최신 AI 모델을 사용해, 특정 산업에 적합한 새로운 분자를 탐구할 수 있습니다. 이후, 가장 유망한 후보들을 실험실에서 더 효율적으로 합성하는 방법을 평가할 수 있습니다. 이 모든 과정은 수 년이 아닌 며칠 만에 이루어질 수 있습니다.

가속 밀도범함수 이론을 통해 연구자들은 분자의 양자역학적 특성을 전례 없는 속도로 시뮬레이션해 화학적 발견 과정을 빠르고 효율적으로 확장할 수 있습니다. 이 기술은 다른 DFT 코드와 비교했을 때 한 차원 더 빠른 속도를 자랑합니다.

이는 과학적 발견의 새로운 패러다임에 한 걸음 더 다가가는 것을 의미합니다. 이제 그 어느 때보다 과학자, 학생, 그리고 다양한 산업의 실험실에서 고급 AI와 디지털 도구를 더 쉽게 사용할 수 있습니다. 아래는 연구자들이 이 혁신적인 기능을 활용해 새로운 분자를 설계하고, 소비재, 의약품, 제조, 에너지 등 다양한 산업을 혁신하고 중요한 사회적 문제를 해결할 수 있는 비전을 제시합니다.

마이크로소프트는 이 비전을 실현하기 위해 노력하고 있습니다. 과학자와 개발자에게는 애저 퀀텀 엘리먼트(Azure Quantum Elements)의 비공개 프리뷰의 일환으로 가속 DFT를 경험할 수 있는 기회가 주어지며, 몇 주 후에는 생성 화학에도 접근할 수 있게 될 것입니다.

우리는 이미 글로벌 소비재 선도 기업인 유니레버(Unilever)와 협력해 비전을 실현하고 있습니다. 유니레버는 매일 34억 명 이상의 사람들에게 서비스를 제공하고 있으며, 자사 디지털 연구 및 제품 개발을 지원하기 위해 마이크로소프트의 슈퍼컴퓨팅과 AI 서비스를 활용하고 있습니다.

과학 연구의 모든 과정에 AI 도입

기후 변화 대응,재생 에너지 개발과 같은 궁극적 목표부터 지속 가능한 생활 및 안전한 제품 사용을 추구하는 개인적인 목표에 이르기까지, 마이크로소프트는 모두가 원하는 바를 이룰 수 있는 더 나은 세상을 만들기 위해 노력하고 있습니다. 이러한 목표들을 달성하기 위해서는 시간이 필요하며, 전 세계 800만 명 이상의 과학자들이[i] 혁신적인 해결책을 찾고 있습니다. 마이크로소프트는 최신 디지털 도구를 제공해 전 세계 연구자들의 독창성을 활용해  최고의 연구 성과를 낼 수 있도록 지원합니다.

앞서 코파일럿(Copilot)과 같은 생성형 AI 협업 도구는 새로운 창의성의 물결을 일으키며 생산성을 크게 향상시켰습니다. 이제 마이크로소프트는 과학 분야에 AI와 자연어 처리 기능을 도입하고 있습니다. 우리의 목표는 AI 추론을 과학 연구의 모든 과정에 적용하는 것입니다. 이를 위해서 가설에서 결과까지 과학적 프로세스를 가속화할 수 있는 차세대 AI 모델 기술이 필요합니다. 이는 지식 탐구와 가설 수립에서 시작해 수백만 개의 분자 후보를 생성하고, 디지털 실험으로 후보를 좁힌 뒤 결과를 분석하는 모든 과정을 며칠 내로 완료하는 것을 목표로 합니다. 우리는 퍼시픽 노스웨스트 국립연구소 (Pacific Northwest National Laboratory, PNNL)와의 협업을 통해 3,200만 개 이상의 후보를 검토해 더 나은 배터리를 위한 새로운 물질을 발견하고 합성하는 방법을 시연했습니다. 이는 과학적 발견 시대의 새로운 가능성을 보여주는 실질적인 예시입니다.

자연어 도구를 활용하면, 이 새로운 패러다임은 모든 연구 단계에서 AI가 과학적 보조자 역할을 하며 자율적으로 추론할 수 있게 합니다. 이를 통해 혁신에 대한 접근 방식을 새롭게 정의하고, 더 많은 사람들이 획기적인 발견을 할 수 있도록 지원할 것입니다.

애저 퀀텀 엘리먼트의 새로운 기능 발표

생성 화학은 새로운 분자 발견하고 설계하는 과학자에게 창의성의 새로운 지평을 열어줄 것입니다. 이를 통해 석유 및 가스 회사가 엔진 수명을 연장할 수 있는 더 강력한 연료 첨가제를 만들거나, 접착 회사가 불필요한 잔여물 없이 접착력을 강화하는 새로운 화학 물질을 개발하는 등 여러 산업 분야에서 획기적인 발견을 가능하게 할 것입니다.

이 발견 과정은 작은 손전등 하나로 크고 어두운 창고에서 작은 상자를 찾는 것과 같습니다. 작은 손전등은 한 번에 작은 영역만 비출 수 있어, 나머지 구역은 여전히 어두운 상태로 남아 있습니다. 생성형 AI는 우리가 평소 생각하지 못했던 새로운 방향을 비추어, 더 많은 것을 볼 수 있게 해주는 더욱 스마트한 빛을 제공합니다.

연구자들은 원하는 특성을 가진 분자를 생성 화학에 요청할 수 있습니다. 예를 들어, 빠르게 분해되거나 쉽게 재활용될 수 있는 분자들입니다. 또한, 목표 응용 분야에 대한 정보를 시스템에 입력하여 적합한 분자 특성을 결정할 수 있습니다. 몇 단계를 거친 후, 연구자들은 이러한 조건에 맞는 후보 분자들을 얻어 추가 연구를 진행할 수 있습니다.

그러나 단순히 후보 분자를 생성하는 것만으로는 AI를 활용한 과학적 발견 과정을 혁신하기에 충분하지 않습니다. 화학 분야의 계산 도구는 과학자들이 새로운 분자를 발견할 수 있도록 도와야 하며, 그 분자들은 실제로 합성 가능하고 유용해야 합니다. 그래서 생성 화학 접근 방식을 통해, 특정 용도에 맞게 조정된 유용한 특성을 가진 새로운 분자를 발견하고, 많은 단계를 거치지 않고도 쉽게 합성할 수 있게 만드는 것이 중요합니다.

따라서, 생성 화학은 연구자들이 실험실에서 분자 후보를 합성하는 “레시피”를 개발하는 동안 고려해야 할 잠재적 단계를 제시할 것입니다. 이 중요한 기능은 화학 반응을 역순으로 분석하는 AutoRXN 소프트웨어를 통해 개발되었으며, 이를 통해 목표 분자를 합성하기 위한 최적의 방법을 평가할 수 있습니다.

이러한 이유로, 생성 화학은 연구자들이 실험실에서 분자 후보를 합성할 때 참고할 수 있는 여러 단계를 제안합니다. 이 중요한 작업은 의 기능을 통해 이루어졌으며, 역순으로 화학 반응을 탐구해 목표 분자를 합성하는 경로를 평가하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

이 기능은 과학적 발견의 판도를 바꾸는 혁신입니다. 기업과 연구 기관은 며칠 만에 새로운 분자를 개발할 수 있는 효율적인 방법을 찾을 수 있으며, 이는 방대한 데이터베이스 검색과 반복적인 실험 과정을 대폭 단축합니다. 이 통합된 워크플로우는 과학자들에게 제조, 의학 등 다양한 분야에서 획기적인 화합물을 제공할 것입니다.

우리는 과학자들을 위해 더 간단하고 강력한 양자 화학 솔루션을 제공하기위해 가속 DFT를 발표하고 있습니다. DFT는 지난 수십 년간 연구원들이 원자, 분자, 나노입자, 표면 및 인터페이스의 전자 구조를 시뮬레이션하고 연구하는데 큰 도움이 되어 왔으며, 다양한 분자 시뮬레이션에서 매우 인기 있는 방법(이론)이었습니다.

분자 시스템은 여러 방향으로 움직이는 자동차가 있는 교통 시스템에 비유할 수 있습니다. 헬리콥터에서 교통 상황을 내려다보면 개별 자동차의 속도와 목적지를 알 수는 없지만, 전체 교통 흐름을 파악할 수 있습니다. DFT는 이러한 ‘헬리콥터 뷰’를 제공하여 개별 전자를 하나하나 추적하는 복잡한 작업 대신 높은 위치에서 전자의 ‘밀도’를 더 쉽게 분석할 수 있도록 돕습니다.

DFT 시뮬레이션은 최적화하고 실행하는 것이 복잡하고 때때로 슈퍼컴퓨터급의 자원이 필요합니다. 마이크로소프트 리서치(Microsoft Research)에서 개발한 관리형 DFT 서비스는 다른 DFT 코드보다 훨씬 빠르게 계산할 수 있습니다. 널리 사용되는 오픈 소스 DFT코드인 PySCF 대비 평균 20배 빠른 속도를 제공합니다.

가속 DFT는 이미 아스펜 테크놀로지(AspenTech), 덴마크 공과대학(DTU Energy University) 및 유니레버와 같은 많은 조직에서 사용되고 있습니다. 이는 화학 및 재료 과학 워크플로우에 원활하게 통합되며, 치료제와 환경 지속 가능성 등의 혁신을 가속화하는 데 기여합니다.

자세한 내용은 기술 블로그: 애저 퀀텀 엘리먼트의 두 가지 강력한 새로운 기능 소개: 생성 화학 및 가속 DFT에서 확인할 수 있습니다.

유니레버와 함께 새로운 과학적 발견의 패러다임을 개척하다

유니레버는 도브(Dove), 트레제메(TRESemmé), 오모(Omo), 디그리(Degree), 헬만(Hellmann’s), 밴엔제리스(Ben & Jerry’s)를 포함해 전세계 34억 명이 사용하는 다양한 가정용 브랜드를 보유한 선도적인 소비재 기업입니다. 청소, 미용, 케어 제품 등 모든 제품은 최상의 소비자 경험을 제공하고 일상 생활을 개선하기 위해 최신 과학 혁신이 필요합니다.

지난 2년 반 동안 유니레버는 마이크로소프트와 협력하여 제품 혁신을 위한 새로운 디지털 역량을 강화해왔습니다. 마이크로소프트 애저(Microsoft Azure) 기술을 통해 디지털 연구소인 데이터랩(DataLab)에서 디지털 비전을 실현하고 있습니다. 또한, 선도적인 과학 기술을 활용하여 수십억 달러 규모의 비즈니스 탄소 발자국을 줄이는 것부터 마이크로바이옴의 비밀을 밝히는 것까지, 현대 소비재 기업의 새로운 기준을 세우고 있습니다.

유니레버는 코파일럿과 애저 퀀텀 엘리먼트의 고급 시뮬레이션 기능을 활용해 자연어로 과학 정보를 검색할 수 있습니다. 이 기술을 통해 실험실에서 수십 차례의 실험을 할 시간을 절약하고, 대신 수천 개의 계산 시뮬레이션을 빠르게 수행할 수 있습니다. 유니레버 과학자들은 이러한 시뮬레이션에서 얻은 데이터를 사용해 수만 개의 재료를 신속하게 선별하거나 복잡한 화학 반응을 탐구하는 모델을 정밀하게 조정할 수 있습니다.

예를 들어, 연구개발 팀은 다양한 모발 유형에 맞춰 모발을 더 건강하게 만드는 새로운 분자를 찾는 검색 범위를 넓힐 수 있으며, 이는 도브와 트레제메 같은 브랜드의 맞춤형 헤어 케어 기준을 새롭게 설정할 것입니다. 또한, 대규모 시뮬레이션을 통해 유니레버는 주요 지속 가능성 목표를 더 빨리 달성할 수 있게 됩니다.

“디지털 도구들이 전례 없는 과학 발견의 시대를 열고 있습니다. 고급 컴퓨팅 파워와 AI를 통해, 수십 년이 걸리던 연구를 단 며칠 만에 수행할 수 있게 되었으며, 이전에는 상상하지 못했던 인사이트를 얻고 있습니다. 이러한 기술적 도약은 방대한 데이터 저장소와 100년여년간 쌓아온 개인 및 가정용 제품 전문성을 바탕으로, 과학자들이 차세대 소비재 개발 부문에서 업계를 선도하게 된다는 것을 의미합니다“

알베르토 프라도(Alberto Prado) 부사장

디지털 파트너십 연구개발 글로벌 총괄(Global Head of R&D Digital and Partnerships at Unilever)

애저 퀀텀 엘리먼트의 양자 기능 확장

우리 모두는 전례 없는 혁신의 문턱에 서 있으며, 마이크로소프트는 새로운 과학 발견의 시대를 여는 최첨단 솔루션을 개척하고 있습니다. 이를 위해 대규모 양자 컴퓨팅을 실현하고, 안정적인 하드웨어를 기반으로 한 위상 큐비트(Topology Qubits)를 개발하는 데 집중하고 있습니다.

올해 초, 우리는 퀀티넘(Quantinuum)과 협력해 가장 신뢰할 수 있는 논리 큐비트를 시연함으로써 양자 컴퓨팅 기술을 한 단계 더 발전시켰습니다. 최근에는 마이크로소프트의 큐비트 가상화 시스템과 퀀티넘의 H1 하드웨어를 결합한 논리 큐비트, 고전 슈퍼컴퓨터 및 AI를 사용해 화학 반응을 시뮬레이션했습니다. 이 조합은 새로운 세대의 하이브리드 컴퓨팅 응용 프로그램을 통해 과학적 돌파구를 여는 열쇠가 될 것입니다.

앞으로 몇 달 이내로, 우리는 애저 퀀텀 엘리먼트의 비공개 프리뷰에서 소프트웨어와 퀀티넘의 하드웨어를 통해 고급 논리 큐비트 기능을 선보일 예정입니다. 논리 큐비트 기능이 확장돼 더욱 신뢰할 수 있는 결과를 제공하게 되면, 시뮬레이션의 정확도를 높여 과학적 연구를 넘어 상업적 활용으로 나아갈 것이며 이를 통해 궁극적으로 전 세계의 가장 긴급한 문제들을 해결하는 데 기여할 수 있을 것입니다.

협력을 통한 과학적 발견의 가속화 

마이크로소프트는 혁신, 권한 부여 및 신뢰에 중점을 두고 있으며, 이러한 기술을 책임감 있게 발전시키기 위해 노력하고 있습니다. AI와 양자 컴퓨팅의 능력이 점점 더 강력해짐에 따라, 이를 안전하게 관리하고 사용하기 위한 책임 있는 컴퓨팅 관행과 마이크로소프트 AI 원칙을 준수하고 있습니다.

오늘 발표에 대한 자세한 내용을 보려면 아래를 참조하세요:

• 애저 퀀텀 엘리먼트의 비공개 프리뷰에 참여해 가속 DFT 및 생성 화학에 대해 자세히 알아보세요.
• 애저 퀀텀 엘리먼트의 두 가지 강력한 새로운 기능인 생성 화학과 가속 DFT를 소개하는 기술 블로그를 읽어보세요.
• 다가오는 ACS 웨비나에 등록해 더 많은 정보를 확인하세요.
• 비즈니스 혁신을 위한 과학적 발견 가속화에 대한 비전을 다룰 Future of Cloud 웨비나 시리즈를 확인하세요.

“Statistics and resources | 2021 Science Report.” This translates into 8.854 million full-time equivalent (FTE) researchers by 2018”.