Un ponte tra scienza dei materiali e supercomputer
Nel cuore pulsante del Tecnopolo di Bologna, un gruppo di ricercatori sta cambiando le regole del gioco nello studio dei materiali innovativi. Al centro di questa rivoluzione c’è Quantum Espresso, un software open-source che sta aprendo nuove frontiere alla simulazione quantistica su scala atomica. Sviluppato all’interno dello Spoke 7 “Scienze dei Materiali e Molecolari” del Centro nazionale di ricerca Icsc (Hpc, Big Data e Quantum Computing), il programma consente di analizzare in modo dettagliato il comportamento di materiali complessi, combinando ricerca teorica e applicazioni pratiche ad alta tecnologia.
Simulare la materia per progettare il futuro
Quantum Espresso permette di riprodurre al computer la struttura atomica e le proprietà elettroniche, ottiche, meccaniche e chimiche dei materiali. Un processo che un tempo richiedeva anni di esperimenti in laboratorio, oggi può essere accelerato attraverso calcoli su supercomputer, grazie a algoritmi ottimizzati per funzionare con GPU di ultima generazione. Questa tecnologia non solo velocizza la ricerca, ma apre possibilità inedite, come:
- Progettare materiali artificiali che non esistono in natura
- Migliorare l’efficienza di dispositivi elettronici, elettrochimici e magnetici
- Addestrare modelli di intelligenza artificiale per prevedere comportamenti complessi della materia
Un software nato in Italia, usato in tutto il mondo
La storia di Quantum Espresso è una storia tutta italiana. Nato nell’ambito della ricerca pubblica nazionale, oggi è considerato il software open-source più utilizzato a livello globale nel settore della simulazione dei materiali, con oltre 40.000 utenti attivi. La sua forza risiede nella comunità scientifica internazionale che lo utilizza, aggiorna e migliora costantemente.
Il team dello Spoke 7 di Icsc, in particolare, si occupa di rendere il software sempre più potente e accessibile, sviluppando algoritmi ottimizzati per i supercomputer. L’obiettivo è chiaro: mettere a disposizione della ricerca pubblica e delle industrie private uno strumento capace di ridurre i tempi e i costi nella progettazione di materiali avanzati.
Dalla teoria alla tecnologia
Il lavoro del centro Icsc si colloca idealmente in un’area di confine tra fisica teorica, scienza computazionale e sviluppo industriale. Questa sinergia permette di:
- Abbattere le barriere all’uso del supercalcolo
- Favorire l’innovazione nei settori dell’energia, della microelettronica e dei materiali sostenibili
- Creare un ecosistema di open science in cui la condivisione del sapere diventa leva per il progresso
L’infrastruttura messa a disposizione dal Tecnopolo bolognese consente a enti e aziende di sperimentare il potenziale del supercalcolo in modo concreto, riducendo le distanze tra la ricerca accademica e le esigenze reali dell’industria.
Un motore per l’innovazione sostenibile
La possibilità di progettare materiali nuovi partendo da simulazioni virtuali significa anche ridurre il numero di test fisici, abbattere i costi, e soprattutto limitare l’impatto ambientale dei processi di sviluppo. In un mondo sempre più attento alla sostenibilità, l’uso di strumenti come Quantum Espresso può rappresentare una svolta cruciale.
La sfida ora è far conoscere e diffondere questi strumenti anche al di fuori della comunità scientifica, rendendoli accessibili alle PMI, alle startup e ai laboratori privati, per generare valore concreto nell’economia reale.
