Pesquisadores do Cleveland Clinic, RIKEN e IBM alcançaram um marco significativo na simulação química com supercomputação centrada em quântica. Eles conseguiram calcular a estrutura eletrônica de complexos de proteína-ligante em uma escala impressionante de 12.635 átomos, graças à colaboração internacional entre os Estados Unidos e o Japão.
As moléculas simuladas foram T4-Lisozima, uma proteína envolvida na degradação de peptidoglicanos em membranas bacterianas, e Tripsina, produzida no pâncreas e utilizada na digestão. A simulação dessas proteínas em interação com moléculas em solução aquosa atingiu escalas de 11.608 e 12.635 átomos, respectivamente. Este feito foi alcançado apenas quatro meses após a modelagem do miniproteína Trp-cage de 303 átomos, demonstrando um aumento de 40 vezes no tamanho do sistema e uma melhoria de 210 vezes na precisão em comparação com abordagens anteriores.
Para atingir esses novos níveis de escala e precisão, os pesquisadores aprimoraram métodos clássicos e quânticos no fluxo de trabalho. Eles realizaram amostragem quântica em dois processadores IBM Quantum Heron r2 de 156 qubits e processaram os dados resultantes usando os supercomputadores clássicos Fugaku e Miyabi-G. Especialistas em computação de alto desempenho do RIKEN desempenharam um papel crucial no trabalho.
Embora o método ainda não supere as melhores abordagens clássicas, ele demonstra que a computação quântica já é uma ferramenta útil para a pesquisa científica e aponta para resultados ainda melhores no futuro. Segundo o Dr. Kenneth Merz, líder do laboratório Merz no Cleveland Clinic, este resultado mostra que a computação quântica pode ser fundamental para avanços significativos na química computacional.
O universo opera com base na mecânica quântica, e a química é diretamente governada por esses processos. Isso significa que um sistema quântico bem controlado e programável provavelmente será a melhor ferramenta para modelar esses processos computacionalmente. Merz observou melhorias dramáticas na capacidade dos computadores de modelar a química ao longo de sua carreira, mas destacou que o ritmo de melhoria na computação clássica está desacelerando. Para obter um novo salto de magnitude, a computação quântica é provavelmente o caminho a seguir.
O trabalho da equipe mostra que os avanços na supercomputação centrada em quântica ocorrem melhor quando pesquisadores quânticos e de HPC trabalham juntos. O acesso a recursos de HPC no Cleveland Clinic, RIKEN, Michigan State University e University of Tokyo foi fundamental para o sucesso deste projeto. O estudo foi publicado no servidor de pré-impressão arXiv, conforme relatado pelo portal Phys.org.
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