Un team collaborativo di ricercatori ha raggiunto un traguardo significativo nella chimica computazionale: simulare le proprietà di una molecola contenente 12.635 atomi. Questa svolta non è stata ottenuta da un computer quantistico autonomo, ma attraverso un approccio ibrido che sfrutta i punti di forza unici sia dei processori quantistici che dei supercomputer convenzionali.
Questo sviluppo segna un passo fondamentale verso l’utilizzo del calcolo quantistico per la scoperta di farmaci. Sebbene i computer quantistici siano teoricamente ideali per modellare i complessi stati quantistici degli elettroni nelle proteine, attualmente non hanno la stabilità e la scalabilità necessarie per gestire da soli tali compiti. Combinando le risorse, il team ha dimostrato che il progresso pratico è possibile anche con l’hardware imperfetto di oggi.
L’approccio ibrido alla risoluzione dei problemi quantistici
Per simulare le molecole dei farmaci è necessario calcolare con precisione gli stati quantistici e le energie dei loro elettroni. Sui computer classici, questi calcoli sono spesso approssimazioni che lottano con la complessità. I computer quantistici, che operano secondo i principi della meccanica quantistica, sono naturalmente adatti a questo lavoro. Tuttavia, gli attuali dispositivi quantistici sono piccoli e soggetti a errori, il che ne limita l’utilità autonoma.
Per superare queste limitazioni, i ricercatori della Cleveland Clinic, IBM e dell’istituto giapponese RIKEN hanno sviluppato un flusso di lavoro ibrido. Hanno diviso il carico computazionale tra due computer quantistici IBM Heron e due dei supercomputer più potenti del mondo, Fugaku e Miyabi-G.
Il processo prevedeva un sofisticato scambio avanti e indietro:
* Computer quantistici: Gestito calcoli specifici e complessi per frammenti della molecola.
* Supercomputer: hanno elaborato dati strutturali più ampi e integrato i risultati.
Questo sforzo di collaborazione è durato oltre 100 ore, dando vita alla simulazione di due “complessi proteina-ligando”, combinazioni di una proteina e di una piccola molecola fondamentali per la ricerca biomedica. Il team ha anche simulato le molecole in uno strato d’acqua, aggiungendo uno strato di realismo che rispecchia le condizioni di laboratorio.
Perché è importante: colmare il divario con l’uso pratico
La molecola simulata in questo studio è circa 40 volte più grande della precedente detentrice del record per le simulazioni assistite quantistiche. Sebbene l’accuratezza dei risultati sia stata competitiva con i metodi standard anziché inequivocabilmente superiore, il risultato risiede nella sua fattibilità.
“Questo è stato un mio sogno, ed eccoci qui”, ha affermato Kenneth Merz della Cleveland Clinic, riflettendo sull’obiettivo di lunga data di utilizzare la tecnologia quantistica per intuizioni biomediche.
Jerry Chow di IBM ha osservato che il processo ibrido è stato probabilmente più veloce di quanto sarebbe stato utilizzando solo i supercomputer, suggerendo che l’hardware quantistico offre già valore per parti specifiche del calcolo. Ciò mette in discussione l’idea secondo cui dobbiamo aspettare computer quantistici perfetti e privi di errori prima di vedere vantaggi pratici.
Prospettiva dell’esperto: progresso nell’incertezza
La comunità scientifica vede questo lavoro come un passo significativo, anche se preliminare. Junyu Liu dell’Università di Pittsburgh ha elogiato il team per aver offerto “passi pratici verso utili calcoli quantistici utilizzando l’hardware effettivamente in uso”. Ha descritto la portata dell’esperimento come “davvero impressionante”.
Tuttavia, Liu ha anche evidenziato una questione aperta: se è possibile dimostrare matematicamente che questo metodo ibrido garantisce prestazioni superiori, note come vantaggio quantistico, in tutti i casi. Per ora, l’approccio funge da ponte, rendendo i computer quantistici utili prima che siano completamente a prova di errore.
Come ha sottolineato Chow, questo record non è un punto finale definitivo ma un inizio. Il settore è attualmente in una fase in cui si stanno spingendo oltre i confini di ciò che è possibile, con sviluppi più entusiasmanti probabilmente all’orizzonte.
Conclusione
Questa simulazione ibrida dimostra che i computer quantistici possono già contribuire a problemi scientifici complessi se abbinati ai supercomputer classici. Sebbene il pieno vantaggio quantistico rimanga un obiettivo futuro, questa svolta dimostra che le simulazioni molecolari pratiche su larga scala sono oggi a portata di mano.
