موتور شیمی کوانتومی فوق سریع می‌تواند توسعه داروهای جدید و مواد را تسریع کند

[جهانی] - خبرگزاری اخباری

جهش کوانتومی: موتور جدید پیشرفت‌ها در پزشکی و مواد را سرعت می‌بخشد

در تحولی که قرار است چشم‌انداز تحقیقات علمی و نوآوری صنعتی را به طور بنیادی تغییر دهد، شرکت QDX سیستم ساختار الکترونیکی در مقیاس بسیار بزرگ (EXESS) خود را معرفی کرده است، یک موتور شیمی کوانتومی فوق سریع. این شگفتی تکنولوژیکی برای تسریع چشمگیر شبیه‌سازی واکنش‌های مولکولی پیچیده طراحی شده است، فرآیندهایی که به طور سنتی هفته‌ها به طول می‌انجامیدند را به تنها چند دقیقه فشرده می‌کند. این سرعت بی‌سابقه نوید باز کردن مرزهای جدید در زمینه‌های حیاتی مانند کشف دارو و علم مواد پیشرفته را می‌دهد و راه را برای چرخه‌های توسعه سریع‌تر و کارآمدتر هموار می‌کند.

شیمی کوانتومی مدت‌هاست که سنگ بنای درک تعاملات بنیادی حاکم بر جهان فیزیکی و بیولوژیکی ما بوده است. این علم بینش عمیقی در مورد چگونگی رفتار مولکول‌ها، نحوه اتصال داروها به نقاط هدف خود در بدن، و چگونگی طراحی مواد با خواص خاص ارائه می‌دهد. با این حال، چالش‌های محاسباتی عظیمی که با این شبیه‌سازی‌ها همراه است، از لحاظ تاریخی یک گلوگاه مهم بوده است. مدل‌سازی شیمی کوانتومی به «مقدار عظیمی» از قدرت محاسباتی نیاز دارد، همانطور که لونگ وانگ، مدیرعامل QDX، تأکید کرد. بار محاسباتی با تعداد اتم‌ها به طور تصاعدی افزایش می‌یابد و شبیه‌سازی دقیق مولکول‌های بزرگ مانند پروتئین‌ها، که می‌توانند هزاران اتم داشته باشند، را عملاً غیرقابل تحمل و فوق‌العاده زمان‌بر می‌کند. در واقع، در بسیاری از سناریوها، سنتز و آزمایش فیزیکی یک ترکیب در طول چندین هفته واقعاً سریع‌تر از تلاش برای انجام یک تحلیل محاسباتی دقیق بود.

EXESS این الگو را به طور اساسی تغییر می‌دهد. نمایندگان QDX اظهار داشتند که این سیستم می‌تواند بیش از یک کوئینتیلیون (هزار تریلیون) محاسبه در ثانیه انجام دهد و به آن امکان می‌دهد پیچیده‌ترین مسائل در شیمی کوانتومی را حل کند. هدف اعلام شده وانگ برای EXESS این است که «شیمی کوانتومی را به اندازه کافی سریع کند تا در عمل قابل استفاده باشد»، و دسترسی به ابزارهای محاسباتی قدرتمند را دموکراتیک کند. نکته مهم این است که این قابلیت محاسباتی فوق‌العاده به سخت‌افزار محاسبات کوانتومی نوظهور متکی نیست، بلکه بر بهینه‌سازی‌های نرم‌افزاری هوشمندانه و مهندسی استوار است که بر روی سخت‌افزار معمولی اجرا می‌شوند.

سرعت قابل توجه این سیستم – که 3000 تا 4000 برابر سریعتر از بسیاری از بسته‌های نرم‌افزاری موجود شیمی کوانتومی عمل می‌کند – به یک پیشرفت واحد قابل انتساب نیست. بلکه، این نتیجه اوج‌گیری بهینه‌سازی‌های متعدد و به هم پیوسته‌ای است که توسط وانگ و همکارانش در اجزای مختلف نرم‌افزار پیاده‌سازی شده‌اند و در مجموع سرعت و مقیاس محاسبات را افزایش می‌دهند. یکی از نوآوری‌های کلیدی شامل یافتن راه‌هایی برای اجرای همزمان چندین عملیات است. در حالی که بسیاری از الگوریتم‌های شیمی کوانتومی ذاتاً ترتیبی هستند، تیم QDX با تغییر الگوریتم‌ها و رویکردهای نظری برای فعال کردن پردازش موازی نوآوری کرد، شبیه به «یک آشپزخانه صنعتی که در آن فقط دستورالعمل‌ها را به سرعت تولید می‌کنید»، همانطور که وانگ آن را توصیف کرد. تکنیک‌هایی مانند قطعه‌قطعه‌سازی مولکولی، که مسائل بزرگ را به قطعات کوچک‌تر و قابل محاسبه همزمان تقسیم می‌کند و سپس این قطعات را «دوباره به هم می‌دوزد»، نمونه‌ای از این رویکرد هستند.

پیامدهای این پیشرفت عمیق است. در کشف دارو، EXESS می‌تواند به طور قابل توجهی شناسایی مولکول‌های کاندید امیدوارکننده، بهینه‌سازی تعاملات آنها با بدن، و تعمیق درک مکانیسم‌های مقاومت دارویی را تسریع بخشد. این می‌تواند منجر به توسعه داروهای مؤثرتر و ایمن‌تر در کسری از زمان شود. برای علم مواد، محققان اکنون می‌توانند مواد جدید با خواص بهبود یافته، از پلیمرهای پیشرفته گرفته تا کاتالیزورهای صنعتی، را به صورت مجازی طراحی و آزمایش کنند، و نیاز به آزمایشات آزمایشگاهی پرهزینه و زمان‌بر را کاهش دهند.

QDX متعهد است که این فناوری متحول‌کننده را به طور گسترده در دسترس جامعه علمی قرار دهد. این شرکت در حال حاضر دسترسی رایگان به EXESS را برای پروژه‌های تحقیقاتی تأیید شده ارائه می‌دهد، به علاوه یک نسخه محدود که برای عموم مردم در دسترس است. وانگ امید خود را ابراز می‌کند که محققان کاربردهایی را کشف خواهند کرد که تیم او حتی تصورش را نکرده است، و خاطرنشان می‌کند: «آنچه ما واقعاً می‌خواهیم ببینیم این است که مردم بر روی 99 درصد دیگر از مشکلاتی که وجود دارند تمرکز کنند و ببینند با آنها چه می‌کنند، و ببینند آیا در برخی از آن زمینه‌ها، ممکن است از اینکه شیمی کوانتومی چگونه می‌تواند تفاوت ایجاد کند، شگفت‌زده شویم.» این روحیه همکاری بر پتانسیل EXESS برای پیشبرد مرزهای نوآوری علمی به سوی قلمروهای جدید و ناشناخته تأکید می‌کند.

خبرگزاری اخباری