Сверхбыстрый квантово-химический движок ускорит разработку новых лекарств и материалов

[Мир] - Информационное агентство Эхбари

Квантовый скачок: новый движок ускоряет прорывы в медицине и материалах

В рамках разработки, призванной фундаментально изменить ландшафт научных исследований и промышленных инноваций, компания QDX представила свою систему экстремально крупномасштабной электронной структуры (EXESS) — сверхбыстрый квантово-химический движок. Это технологическое чудо спроектировано для драматического ускорения моделирования сложных молекулярных реакций, сокращая процессы, которые традиционно занимали недели, до считанных минут. Эта беспрецедентная скорость обещает открыть новые горизонты в таких критически важных областях, как открытие лекарств и передовое материаловедение, прокладывая путь к более быстрым и эффективным циклам разработки.

Квантовая химия долгое время была краеугольным камнем для понимания фундаментальных взаимодействий, управляющих нашим физическим и биологическим миром. Она дает глубокое представление о том, как ведут себя молекулы, как лекарства связываются со своими целевыми участками в организме и как материалы могут быть спроектированы с определенными свойствами. Однако огромные вычислительные проблемы, связанные с этими моделями, исторически были значительным узким местом. Моделирование квантовой химии требует «колоссального количества» вычислительной мощности, как подчеркнул Лунг Ванг, генеральный директор QDX. Вычислительная нагрузка экспоненциально возрастает с увеличением числа атомов, что делает точное моделирование больших молекул, таких как белки, которые могут содержать тысячи атомов, практически невозможным и чрезвычайно трудоемким. Действительно, во многих сценариях было значительно быстрее физически синтезировать и протестировать соединение в течение нескольких недель, чем пытаться провести подробный вычислительный анализ.

EXESS принципиально меняет эту парадигму. Представители QDX заявляют, что система может выполнять более квинтиллиона вычислений в секунду, что позволяет ей решать самые сложные задачи в квантовой химии. Заявленная цель Ванга для EXESS — «сделать квантовую химию достаточно быстрой для практического использования», демократизируя доступ к мощным вычислительным инструментам. Важно отметить, что эта экстраординарная вычислительная мощность не зависит от зарождающегося квантового вычислительного оборудования, а основана на гениальных программных оптимизациях и инженерии, работающих на обычном оборудовании.

Замечательная скорость системы — работающей в 3000-4000 раз быстрее, чем многие существующие пакеты программного обеспечения для квантовой химии — не является результатом одного прорыва. Вместо этого, это кульминация многочисленных взаимосвязанных оптимизаций, реализованных Вангом и его коллегами в различных программных компонентах, которые в совокупности увеличивают скорость и масштаб вычислений. Ключевое новшество заключается в поиске способов одновременного выполнения нескольких операций. Хотя многие квантово-химические алгоритмы по своей природе последовательны, команда QDX внедрила инновации, изменив алгоритмы и теоретические подходы, чтобы обеспечить параллельную обработку, сродни «промышленной кухне, где вы просто штампуете рецепты», как описал это Ванг. Такие методы, как молекулярная фрагментация, которая разбивает большие задачи на более мелкие, одновременно вычисляемые фрагменты, которые затем «сшиваются», служат примером такого подхода.

Последствия этого достижения глубоки. В открытии лекарств EXESS может значительно ускорить идентификацию перспективных молекул-кандидатов, оптимизировать их взаимодействие с организмом и углубить понимание механизмов лекарственной устойчивости. Это может привести к разработке более эффективных и безопасных лекарств за долю времени. Для материаловедения исследователи теперь могут виртуально проектировать и тестировать новые материалы с улучшенными свойствами, от передовых полимеров до промышленных катализаторов, уменьшая потребность в дорогостоящих и трудоемких лабораторных экспериментах.

QDX стремится сделать эту преобразующую технологию широко доступной для научного сообщества. В настоящее время компания предлагает бесплатный доступ к EXESS для утвержденных исследовательских проектов, а также ограниченную версию, доступную широкой публике. Ванг выражает надежду, что исследователи будут изучать приложения, которые его команда даже не предвидела, отмечая: «Чего мы действительно хотим, так это чтобы люди сосредоточились на остальных 99% существующих проблем, и посмотрели, что они с ними сделают, и посмотрим, не удивимся ли мы в некоторых из этих областей тому, как квантовая химия может помочь изменить ситуацию». Этот дух сотрудничества подчеркивает потенциал EXESS для расширения границ научных инноваций на новые, неизведанные территории.

Информационное агентство Эхбари