Un potente motor de química cuántica está ahora disponible para ayudar a los científicos a abordar problemas químicos complejos. El nuevo sistema, desarrollado por QDX, podría acelerar drásticamente la investigación en el descubrimiento de fármacos, la ciencia de los materiales y otros campos, según afirman sus creadores.
El Sistema de Estructura Electrónica a Escala Extrema (EXESS) puede realizar más de 1 quintillón de cálculos por segundo para responder a preguntas de química cuántica, según declaró QDX en un comunicado.
Pero tradicionalmente, el modelado de la química cuántica «requiere una cantidad absolutamente enorme» de potencia computacional, según declaró Loong Wang, CEO de QDX, a Live Science. «En muchas situaciones, es realmente más rápido sintetizar un compuesto y probarlo durante varias semanas que intentar realizar un cálculo sobre ese compuesto».
La cantidad de potencia computacional necesaria aumenta exponencialmente con el número de átomos en el sistema. Resolver con precisión problemas con moléculas grandes, como las proteínas, que pueden contener miles de átomos, rápidamente se vuelve inviable. El propósito de EXESS, según Wang, es «hacer que la química cuántica sea realmente lo suficientemente rápida como para usarla en la práctica».
QDX afirma que EXESS funciona entre 3.000 y 4.000 veces más rápido que muchos otros paquetes de software de química cuántica, lo que abre la posibilidad de realizar cálculos con moléculas grandes como las proteínas. No existe una única innovación que impulse ese gran aumento, y funciona con hardware convencional, por lo que no se necesita computación cuántica. En cambio, Wang y sus colegas optimizaron muchos componentes individuales del software, lo que en conjunto aumenta la velocidad y la escala de los cálculos.
«Hay cálculos que, en principio, tardarían aproximadamente un mes, pero que en realidad tardan unos 12 minutos»
Loong Wang, CEO de QDX
Una de las formas en que el equipo aceleró los cálculos fue encontrando formas de ejecutar múltiples operaciones al mismo tiempo. Muchos algoritmos de química cuántica están diseñados para operar en pasos secuenciales. Pero incluso con una potencia computacional extraordinaria, «nueve chefs no pueden cocinar una receta en un noveno del tiempo», dijo Wang. El equipo encontró formas de alterar los algoritmos o enfoques teóricos para permitir que más procesos se ejecuten en tándem, como «una cocina industrial donde simplemente se están produciendo recetas», añadió Wang.
Por ejemplo, el equipo implementó una técnica conocida como fragmentación molecular, que divide un problema en fragmentos más pequeños, calcula esos fragmentos al mismo tiempo y luego vuelve a unir esas piezas. Esto les permitió acelerar los cálculos grandes al ejecutar muchos cálculos más pequeños a la vez.
«Hay cálculos que, en principio, tardarían aproximadamente un mes, pero que en realidad tardan unos 12 minutos» cuando se ejecutan con EXESS, dijo Wang a Live Science.
Actualmente, QDX se centra en el uso de EXESS para el descubrimiento de fármacos, encontrando y optimizando las interacciones entre los medicamentos y el organismo o comprendiendo mejor cómo funcionan los fármacos existentes y por qué las personas desarrollan resistencias a ellos. Pero la empresa ofrece acceso gratuito para proyectos de investigación aprobados. Una versión limitada del software está también disponible para el público en general.
«Espero que la gente haga cosas que nosotros no estamos haciendo actualmente, y no lo digo desde un punto de vista competitivo», dijo Wang. «Tenemos un par de problemas en los que estamos eligiendo centrarnos y que creemos que son realmente interesantes. Pero lo que realmente queremos ver es que la gente se centre en el otro 99% de los problemas que existen, y vea qué hacen con él, y vea si en algunas de esas áreas nos podemos sorprender de cómo la química cuántica puede ayudar a marcar la diferencia».
