May the Force be with You: Unified Force-Centric Pre-Training for 3D Molecular Conformations

May the Force be with You: Unified Force-Centric Pre-Training for 3D Molecular Conformations

1. 本研究の学術的背景，研究課題の核心をなす学術的「問い」は？
この研究の背景は、3D分子表現のための事前学習モデルの有望さが示されてきたことです。しかし、既存の事前学習モデルは主に平衡データに焦点を当てており、非平衡構造は大きく見落とされています。その主な課題は、これらのモデルの訓練目標が構造が局所的なエネルギーの最小値であるという仮定に依存しているため、これらの方法を非平衡データに拡大することが難しい点です。これらの問いに対処するために、本研究は平衡データと非平衡データの両方をカバーする3D分子構造のための力学的に中心となる事前学習モデルを提案しています。

2. 本研究の目的及び学術的独自性と創造性は？
研究の目的は、3D分子構造の平衡データと非平衡データの両方をカバーする新たな力学的に中心となる事前学習モデルを提案することです。本研究の独自性と創造性は、非平衡データに対してはその原子力から直接学習し、平衡データに対してはゼロ力正則化と力に基づくノイズ除去技術を導入して近平衡力を近似するという手法にあります。

3. 本研究の着想に至った経緯や，関連する国内外の研究動向と本研究の位置づけは？
3D分子表現の事前学習モデルについての研究は進んできました。しかし、これまでは主に平衡状態のデータに焦点を当てており、非平衡状態のデータは考慮されてきませんでした。それに対応するため、本研究は非平衡状態も考慮に入れた事前学習モデルを提案し、その有効性を実証しています。

4. 本研究で何をどのように，どこまで明らかにした？
本研究では、平衡状態と非平衡状態の両方のデータをカバーする新たな事前学習モデルを提案し、そのモデルの訓練目標として原子間力の精度を約3倍向上させることができました。また、平衡データに正則化を適用することで、通常のEquivariant Transformersで起こる不安定なMDシミュレーションの問題を解決し、2.45倍早い推論時間で最先端のシミュレーション性能を実現しました。

5. 本研究の有効性はどのように検証した？
本研究では、提案モデルが原子間力の精度を向上させ、既存の事前学習モデルと比べてシミュレーション性能が向上することを通じて有効性を検証しました。また、我々の事前学習モデルがパワフルな分子エンコーダとして、最先端の物性予測タスクに対して同等の性能を達成できることも確認しました。