مطالعه سلول‌های زنده با محاسبات کوانتومی

به گزارش گروه خبر خبرگزاری برنا، چند سال قبل، پژوهشگران دانشگاه اسلو نشان دادند پیوند شیمیایی در میدان‌های مغناطیسی ستاره‌های کوچک و به‌هم‌فشرده با زمین متفاوت است. محاسبات آنها به یک سازوکار پیوندی کاملا جدید بین 2 اتم هیدروژن معطوف شد. این خبر توجه زیادی در رسانه‌ها را به خود جلب کرد.

این تیم تحقیقاتی از مرکز شیمی نظری و کاربردی دانشگاه اسلو توسط پروفسور تریگو هلگاکر هدایت می شود. هلگاکر در طول 30 سال گذشته رهبری بین‌المللی برای طراحی یک سیستم رایانه‌ای برای محاسبه واکنش‌های شیمیایی کوانتومی مولکولی را بر عهده داشته‌است.

در نظر بگیرید چه اتفاقی می‌افتد وقتی که تابش ماوراء بنفش، فوتون‌های غنی از انرژی را به سلول‌های شما می‌فرستد. این سطح انرژی مولکول‌ها را افزایش می‌دهد. حاصل این کار می‌تواند فروپاشی بعضی از مولکول‌ها باشد. این همان اتفاقی است که در زمان حمام آفتاب نیز اتفاق می‌افتد.

محاسبات شیمیایی کوانتومی، معادله شرودینگر را برای مولکول‌ها حل می‌کنند. این معادله برای تمام شیمی، بنیادی است و مکان تقریبی تمامی الکترون‌ها در مولکول را توضیح می‌دهد. این محاسبات شیمیایی کوانتومی می‌تواند برای پیش‌بینی واکنش‌های شیمیایی استفاده شود. هم‌چنین استفاده از این محاسبات برای فهم آنچه که در آزمایش‌ها اتفاق می‌افتد، ممکن است. سایمن کوال، پژوهشگر، در این ارتباط می‌گوید:« معادله شرودینگر یک معادله دیفرانسیل جزئی بسیار پیچیده است که نمی‌توان به درستی آن را حل کرد. به جای آن ما نیاز به استفاده از شبیه‌سازی سنگین داریم.»

محاسبات به قدری پیچیده هستند که دانشمندان یکی از سریع‌ترین ابررایانه‌های دانشگاه را استفاده می‌کنند. 10 سال قبل انجام محاسبات برای یک مولکول با 140 اتم 2 هفته طول می‌کشید. در حال حاضر این مسئله در 2 دقیقه قابل‌انجام است. سایمن رین، مهندس ارشد، در این رابطه می‌گوید:« این 20 هزار برابر سریعتر از 10 سال قبل است. فرآیند محاسبه در حال حاضر 200 برابر سریع‌تر انجام می‌شود، چون رایانه‌ها هر 18 ماه سرعت خودشان را 2 برابر کرده‌اند و فرآیند 100 برابر سریعتر است.» در حال حاضر محاسبات کوانتومی اتفاقات داخل مولکول تا 400 اتم، کاری بسیار عادی می‌باشد. محققان در حال حاضر به سطحی نزدیک می‌شوند که آنها را قادر می‌سازد تا مکانیک کوانتومی سلول‌های زنده را مطالعه کنند.