Un motore di chimica quantistica ultraveloce potrebbe accelerare lo sviluppo di nuovi farmaci e materiali

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Salto Quantico: Nuovo Motore Accelera le Scoperte in Medicina e Materiali

In uno sviluppo destinato a rimodellare fondamentalmente il panorama della ricerca scientifica e dell'innovazione industriale, QDX ha introdotto il suo Extreme-scale Electronic Structure System (EXESS), un motore di chimica quantistica ultraveloce. Questa meraviglia tecnologica è progettata per accelerare drasticamente la simulazione di reazioni molecolari complesse, comprimendo processi che tradizionalmente richiedevano settimane in pochi minuti. Questa velocità senza precedenti promette di aprire nuove frontiere in campi cruciali come la scoperta di farmaci e la scienza dei materiali avanzati, aprendo la strada a cicli di sviluppo più rapidi ed efficienti.

La chimica quantistica è stata a lungo una pietra miliare per comprendere le interazioni fondamentali che governano il nostro mondo fisico e biologico. Fornisce profonde intuizioni su come si comportano le molecole, come i farmaci si legano ai loro siti bersaglio nel corpo e come i materiali possono essere ingegnerizzati con proprietà specifiche. Tuttavia, le immense sfide computazionali associate a queste simulazioni sono state storicamente un collo di bottiglia significativo. La modellazione della chimica quantistica richiede una 'quantità enorme' di potenza di calcolo, come sottolineato da Loong Wang, CEO di QDX. Il carico computazionale scala esponenzialmente con il numero di atomi, rendendo le simulazioni accurate di grandi molecole come le proteine, che possono contenere migliaia di atomi, praticamente insostenibili ed estremamente dispendiose in termini di tempo. Infatti, in molti scenari, era effettivamente più veloce sintetizzare e testare fisicamente un composto nel corso di diverse settimane piuttosto che tentare un'analisi computazionale dettagliata.

EXESS altera fondamentalmente questo paradigma. I rappresentanti di QDX affermano che il sistema può eseguire oltre un quintilione di calcoli al secondo, consentendogli di affrontare i problemi più intricati della chimica quantistica. Lo scopo dichiarato di Wang per EXESS è 'rendere la chimica quantistica abbastanza veloce da essere utilizzabile nella pratica', democratizzando l'accesso a potenti strumenti computazionali. È fondamentale sottolineare che questa straordinaria capacità computazionale non si basa sull'hardware di calcolo quantistico nascente, ma piuttosto su ingegnose ottimizzazioni software e ingegneria che funzionano su hardware convenzionale.

La notevole velocità del sistema — che opera da 3.000 a 4.000 volte più velocemente di molti pacchetti software di chimica quantistica esistenti — non è attribuibile a un singolo progresso. Invece, è il culmine di numerose ottimizzazioni interconnesse implementate da Wang e dai suoi colleghi attraverso vari componenti software, che aumentano collettivamente la velocità e la scala dei calcoli. Un'innovazione chiave consiste nel trovare modi per eseguire più operazioni contemporaneamente. Mentre molti algoritmi di chimica quantistica sono intrinsecamente sequenziali, il team QDX ha innovato alterando algoritmi e approcci teorici per consentire l'elaborazione parallela, simile a una 'cucina industriale dove si sfornano ricette,' come lo ha descritto Wang. Tecniche come la frammentazione molecolare, che scompone grandi problemi in frammenti più piccoli, calcolabili simultaneamente, che vengono poi 'ricuciti', esemplificano questo approccio.

Le implicazioni di questo progresso sono profonde. Nella scoperta di farmaci, EXESS può accelerare significativamente l'identificazione di molecole candidate promettenti, ottimizzare le loro interazioni con il corpo e approfondire la comprensione dei meccanismi di resistenza ai farmaci. Ciò potrebbe portare allo sviluppo di farmaci più efficaci e sicuri in una frazione del tempo. Per la scienza dei materiali, i ricercatori possono ora progettare e testare virtualmente nuovi materiali con proprietà migliorate, dai polimeri avanzati ai catalizzatori industriali, riducendo la necessità di esperimenti di laboratorio costosi e dispendiosi in termini di tempo.

QDX si impegna a rendere questa tecnologia trasformativa ampiamente accessibile alla comunità scientifica. L'azienda offre attualmente accesso gratuito a EXESS per progetti di ricerca approvati, insieme a una versione limitata disponibile al pubblico in generale. Wang esprime la speranza che i ricercatori esploreranno applicazioni che il suo team non ha nemmeno immaginato, osservando: 'Quello che vogliamo davvero vedere è che le persone si concentrino sull'altro 99% dei problemi esistenti, e vedano cosa ne fanno, e vedano se in alcune di quelle aree, potremmo essere sorpresi di come la chimica quantistica possa aiutare a fare la differenza.' Questo spirito di collaborazione sottolinea il potenziale di EXESS per spingere i confini dell'innovazione scientifica in nuovi territori inesplorati.

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