Simulations of polymers? A quantum puzzle

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Studiare i polimeri con il calcolatore ha da sempre riservato enormi sfide per la computazione scientifica, soprattutto nel caso di biomolecole lunghe e addensate, come il DNA. Una nuova prospettiva arriva ora dai computer quantistici. Grazie a un approccio inedito, gli scienziati hanno riformulato i modelli fondamentali della fisica dei polimeri traducendoli in problemi molto simili a rompicapi che possono essere risolti efficientemente dai computer quantistici. Questo ha consentito di sfruttare al meglio le incredibili potenzialità di queste macchine per una finalità che era rimasta finora inesplorata.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivistaPhysical Review Letters e ha coinvolto Cristian Micheletti della SISSA e Philipp Hauke e Pietro Faccioli dell’Università di Trento.

Molti dei paradigmi del calcolo scientifico, dalle tecniche Monte Carlo al simulated annealing, spiegano gli autori, sono stati sviluppati anche per studiare le proprietà di polimeri, inclusi quelli biologici quali proteine e DNA. L’avvento della computazione quantistica apre scenari del tutto nuovi per il calcolo scientifico in generale. Allo stesso tempo, però, richiede la messa a punto di nuovi modelli adatti a sfruttarne appieno le grandi potenzialità. In particolare, un ambito dove i computer quantistici eccellono è nel risolvere problemi di ottimizzazione. Questi problemi consistono tipicamente nel trovare, tra tutte le combinazioni di variabili del sistema in esame, quella migliore secondo una precisa scala di punteggio.

Tenendo conto di questo, gli autori della ricerca hanno riscritto i modelli base della fisica dei polimeri facendo sì che tutte le possibili configurazioni dei polimeri in esame corrispondessero alle soluzioni di un opportuno problema di ottimizzazione.