Un nuovo approccio alla simulazione dei polimeri
La ricerca scientifica è in continua evoluzione e, con l’avvento del calcolo quantistico, si aprono nuove prospettive per la risoluzione di problemi complessi che fino ad ora erano considerati irrisolvibili dai computer tradizionali. Questo è particolarmente vero nel campo della biologia e della scienza dei materiali, dove la comprensione delle proprietà dei sistemi polimerici è fondamentale. Un recente studio pubblicato su Science Advances ha dimostrato come l’adozione di tecniche di calcolo quantistico possa migliorare significativamente le simulazioni di sistemi complessi come le miscele di polimeri.
La fusione tra calcolo quantistico e tradizionale
Il team di ricerca, composto da Cristian Micheletti e Francesco Slongo della SISSA di Trieste, Philipp Hauke dell’Università di Trento e Pietro Faccioli dell’Università di Milano-Bicocca, ha utilizzato un approccio matematico chiamato QUBO (Quadratic Unconstraint Binary Optimization), particolarmente adatto per i computer quantistici noti come “quantum annealers”. Questo metodo ha permesso di simulare in modo innovativo le miscele di polimeri densi, ottenendo prestazioni computazionali superiori rispetto alle tecniche tradizionali.
Un salto di qualità nelle prestazioni computazionali
L’approccio QUBO si è rivelato efficace non solo sui computer quantistici, ma anche su quelli tradizionali, permettendo ai ricercatori di scoprire proprietà sorprendenti delle miscele di polimeri simulate. Questo rappresenta un esempio significativo del vasto potenziale delle tecnologie emergenti e apre la strada a possibili applicazioni in molti altri sistemi molecolari.
Una nuova prospettiva ispirata alla ricerca sul calcolo quantistico
Le tecniche di simulazione, come quelle basate sul metodo Monte Carlo, sono da tempo considerate tra le più potenti e versatili per lo studio di sistemi complessi. Tuttavia, come spiega Cristian Micheletti, coordinatore dello studio, l’efficienza di questi metodi diminuisce all’aumentare della densità e delle dimensioni del sistema. Di conseguenza, lo studio di sistemi realistici richiede un enorme investimento di risorse computazionali.
La promessa dei computer quantistici
I computer quantistici promettono un notevole incremento delle prestazioni computazionali, sebbene con i limiti inevitabili delle tecnologie emergenti. Francesco Slongo, dottorando alla SISSA e primo autore dello studio, sottolinea come la nuova strategia di simulazione sia ideale per i computer quantistici pionieristici di oggi e possa essere trasferita con successo anche ai computer tradizionali.
Colmare il divario tra calcolo quantistico e classico
Philipp Hauke e Pietro Faccioli evidenziano che esistono già macchine quantistiche dedicate alla risoluzione di problemi QUBO, che possono essere altamente efficaci. La riformulazione dei modelli convenzionali dei polimeri nel framework QUBO ha permesso di sfruttare al meglio queste macchine. Sorprendentemente, la riformulazione QUBO si è dimostrata vantaggiosa anche sui computer tradizionali, consentendo una simulazione più rapida dei polimeri densi rispetto ai metodi consolidati.
Implicazioni, sfide e direzioni future
Non è la prima volta che modelli fisici creati per sfruttare appieno le tecnologie informatiche innovative diventano così di successo da essere trasferiti in aree diverse. Un esempio noto è quello dei modelli fluidi basati su reticoli progettati per i supercomputer degli anni ’90, ora ampiamente utilizzati per molti altri sistemi e tipi di computer.
Lo studio su Science Advances fornisce un ulteriore esempio, dimostrando come le metodologie ispirate al calcolo quantistico possano aprire la strada all’esplorazione di nuovi materiali e alla comprensione del funzionamento dei sistemi molecolari di interesse biologico.
La ricerca è stata supportata da fondi europei e riflette le opinioni degli autori, non necessariamente quelle dell’Unione Europea o della Commissione Europea.