آیا تا به حال به رقص پیچیده مولکولها در داخل یک سلول فکر کردهاید؟ شبیهسازی این دنیای پیچیده همواره یک چالش عظیم برای دانشمندان بوده و حتی قدرتمندترین ابررایانهها را نیز به مرز تواناییهایشان رسانده است. تعداد خالص برهمکنشها به قدری سریع افزایش مییابد که یک ترافیک محاسباتی عظیم ایجاد میکند که به آن «نفرین ابعاد» میگویند.
اما اکنون ممکن است دوره جدیدی در تحقیقات بیولوژیکی در حال ظهور باشد. تیمی از نوابغ آزمایشگاه ملی شمال غربی پاسیفیک و دانشگاه تورنتو، شامل مارگوت لاکوود، ناتان ویبی و کاناه جانسون، یک الگوریتم کوانتومی پیشگامانه توسعه دادهاند که وعده میدهد همه چیز را تغییر دهد. روش نوآورانه آنها محدودیتهای محاسبات کلاسیک را دور میزند و یک افزایش سرعت نمایی در شبیهسازی واکنشهای بیوشیمیایی پیچیدهای که حیات را تعریف میکنند، ارائه میدهد.
خب، این الگوریتم چگونه کار میکند؟ به جای انجام محاسبات به صورت تکبهتک، این رویکرد کوانتومی از قدرت مکانیک کوانتوم برای مدیریت همزمان احتمالات بیشمار بهره میبرد. الگوریتم به طرز هوشمندانهای غلظت مولکولهای مختلف را در حالتهای کوانتومی (کیوبیتها) کدگذاری میکند. این کار به آن اجازه میدهد تا فرآیندهای انتشار و واکنش این مولکولها را در سراسر محیط سلولی به صورت موازی مدلسازی کند.
یکی از دستاوردهای کلیدی این تحقیق، توانایی آن در مدیریت فرآیندهایی است که در مقیاسهای زمانی و فضایی بسیار متفاوتی در سلول رخ میدهند؛ از واکنشهای برقآسا گرفته تا انتشار آهستهتر. با شبیهسازی تکامل زمانی این سیستمها با استفاده از دنبالهای از گیتهای کوانتومی، محققان میتوانند تصویری پویا و دقیق از حیات درون سلولی ایجاد کنند. این پیشرفت به طور چشمگیری پیچیدگی محاسباتی را کاهش میدهد و امکان مدلسازی سیستمهای بیولوژیکی را در سطحی از جزئیات و مقیاس فراهم میکند که پیش از این غیرقابل تصور بود.
پیامدهای این دستاورد بسیار عمیق است. با این ابزار، دانشمندان میتوانند به بینشهای عمیقتری در مورد رفتار سلولی دست یابند، مکانیسمهای بیماریها را واضحتر درک کنند و به طور بالقوه درمانهای جدیدی طراحی کنند. این پژوهش گامی مهم به جلو محسوب میشود که شکاف بین محاسبات کوانتومی و مدلسازی بیوفیزیکی را پر کرده و راه را برای اکتشافاتی هموار میکند که میتواند درک ما از خود زیستشناسی را بازتعریف کند.
برای علاقهمندان به جزئیات فنی، میتوانید از طریق پژوهش اصلی اطلاعات بیشتری کسب کنید.
منبع: Quantum Zeitgeist