Simulació de la fotosíntesi amb supercomputador …

Els ordinadors actuals treballen de la mateixa manera que l’interruptor de la llum del nostre cambra de bany. Només hi ha dues posicions: encès i apagat. Els informàtics donen valor 1 i 0 a aquests dos estats. I amb combinacions de 0 i 1 són capaços de construir tot el llenguatge sobre el qual està basat el nostre univers digital. Un superordinador és aquell amb capacitats de càlcul molt superiors a les computadores comuns destinat a fins específics.

El segle passat, un grup de científics alemanys i danesos es va adonar que els àtoms es comporten de la forma més irracional possible. De ciència ficció. Per exemple, una de les propietats dels àtoms és que poden estar en dos llocs alhora. Una altra propietat és que un àtom pot transmetre determinades propietats a un altre sense que hi hagi res entre mig. Tot això va donar lloc a la mecànica quàntica. La mecànica quàntica ha construït coses que estan en la vida moderna: els scanners dels hospitals, els raigs làser . ..En diversos laboratoris del món s’està duent a terme una carrera per fabricar l’ordinador quàntic. Aquest ordinador canviaria la nostra relació amb la quotidianitat perquè realitzaria milions d’operacions matemàtiques de milers de xifres, en milisegons. Mentrestant, amb la supercomputació científics i enginyers analitzen processos físics molt complexos utilitzant tècniques de simulació.

Aquesta tècnica de superocomputadors  s’ha emprat en simular el procés d’absorció de la llum de les plantes : la fotosíntesi.

Recordem que la fotosíntesi  és la conversió de matèria inorgànica en matèria orgànica gràcies a l’energia que aporta la llum . Concretament, el LHCII Light Harvesting Complex II  és el pigment proteic més abundant de les plantes verdes localitzat a la membrana tilacoidal dels cloroplasts, encarregat de fer la fotosíntesi. No se sap exactament com absorbeix els fotons de la llum.

El paquet de programari Octopus, utilitzat per fer a els càlculs, és fonamenta en dues teories que són fruit de la reformulació de la mecànica quàntica i la densitat electrònica. Amb tota la tecnologia s’ha aconseguit simular només una part de la molècula amb tota la gran tecnologia superior.

Pot ser si que segons va dir Galileo Galilei : Les matemàtiques són l’alfabet amb el qual Déu ha escrit l’Univers. Però ens queda molt per aprendre d’allò que la natura fa pel fet de ser-hi,

Font: http://smartestabanell.blogspot.com.es/2016/01/simulacio-de-la-fotosintesi-amb.html

http://blogs.lainformacion.com/zoomboomcrash/2014/01/10/y-que-demonios-es-un-ordenador-cuantico/

Un equip d’informàtics, físics i químics de la Universitat del País Basc han participat en un projecte que pretén realitzar simulacions de la molècula en la qual succeeix la fotosíntesi, basant-se en la mecànica quàntica. Els investigadors han executat el paquet de programari Octopus a les supercomputadors més ràpides d’Europa. Després d’introduir diverses millores en el mateix, han fet les majors simulacions realitzades en aquest camp, utilitzant milers de processadors de manera eficient.
La supercomputació fa possible que científics i enginyers analitzen processos físics molt complexos utilitzant tècniques de simulació. Precisament, investigadors d’arquitectura i tecnologia de computadors i de física de materials de la Universitat del País Basc (UPV / EHU) estan col·laborant amb altres institucions espanyoles i europees per simular el procés d’absorció de la llum de les plantes o fotosíntesi.

La molècula encarregada de la fotosíntesi en plantes és la LHC-II (Light Harvesting Complex II), composta per més de 17.000 àtoms. Els científics no saben com actua aquesta molècula quan rep fotons de llum. Es necessiten ordinadors complexos i programes avançats per poder simular molècules tan grans com aquesta.
Joseba Alberdi, enginyer informàtic de la UPV / EHU, ha dut a terme un estudi en aquest àmbit, publicat a la revista Physical Chemistry Chemical Physics, gràcies a la col·laboració del grup Aldapa del departament d’Arquitectura i Tecnologia de Computadors de la Facultat d’Informàtica i del grup Nano-Bio Spectroscopy de la Facultat de Químiques.
El paquet de programari Octopus, utilitzat per fer els càlculs, es fonamenta en dues teories que són fruit de la reformulació de la mecànica quàntica i que es basen en la densitat electrònica. Amb aquestes dues teories, s’ha aconseguit resoldre problemes de mecànica quàntica per ordinador; ja que “d’una altra manera, s’obtenen equacions tan complexes que són impossibles de resoldre, fins i tot amb els ordinadors més potents”.

Per simular sistemes de mida real es necessiten temps d’execució molt llargs, i l’única alternativa és utilitzar superordinadors. En aquest treball, s’han pogut utilitzar algunes de les màquines més ràpides del món: l’alemanya Juqueen (amb 458.752 nuclis de processament o cores), la italiana Fermi (amb 163.840 nuclis), l’alemanya Hydra (65.320 nuclis) i MareNostrum III, del Centre Nacional de Supercomputació a Barcelona (48.896 nuclis), entre d’altres.

Demostrar que la teoria coincideix amb la realitat
L’objectiu del treball ha estat optimitzar el codi Octopus i aconseguir un alt rendiment, per a poder obtenir factors d’acceleració adequats en els càlculs que es realitzen en els superordinadors. De fet, per poder executar aquest codi en múltiples processadors, s’han hagut de millorar diversos problemes de memòria i de rendiment.
Encara és tot un repte executar la molècula LHC-II en la seva totalitat, però han aconseguit simular parts importants de la molècula. S’han simulat sistemes de 5.759, 4.050 i 6.075 àtoms, són les majors simulacions fetes fins ara. En aquestes simulacions ha estat possible provar que la teoria coincideix amb la realitat.
Aquestes simulacions permetran entendre, per primera vegada, les reaccions que succeeixen en els primers femtosegons (milbillonésima part d’un segon) de la fotosíntesi. A més, les millores introduïdes en l’aplicació possibiliten la simulació de molts altres sistemes d’aquesta mida, i com que a més es tracta d’un programari lliure, està a l’abast de tots els físics.