Des chercheurs de Cleveland Clinic combinent l’informatique quantique et les supercalculateurs pour comprendre la stabilité et le comportement des molécules
Kenneth Merz, PhD, du Centre des sciences computationnelles de la vie de la Cleveland Clinic, et son équipe étudient comment les ordinateurs quantiques peuvent fonctionner avec les superordinateurs pour mieux simuler le comportement des molécules.
La simulation de la stabilité et du comportement des grosses molécules nécessite plus de temps et de puissance que ne le permettent même les superordinateurs les plus avancés. Le Dr Merz et son équipe ont mis au point une stratégie pour surmonter cet obstacle en combinant la puissance d’un ordinateur quantique et la précision d’un superordinateur dans une étude publiée dans le Journal of Chemical Theory and Computation.
« Les ordinateurs quantiques actuels sont extrêmement puissants, mais ils ne disposent pas encore de capacités de correction d’erreurs », indique le Dr Merz. « En combinant la puissance d’un ordinateur quantique avec les capacités de correction d’erreurs d’un superordinateur, nous pouvons commencer à simuler et à prédire le comportement des molécules, ce qui améliore notre capacité à comprendre et à traiter les maladies. »
Les superordinateurs disposent de millions de processeurs qui peuvent travailler simultanément sur différentes parties d’un problème. Cette capacité est essentielle pour un processus appelé « calcul haute performance », qui consiste à exécuter plusieurs tâches simultanément sur plusieurs ordinateurs ou processeurs. Pour ce projet, le calcul haute performance a été utilisé pour mettre en œuvre une technique avancée appelée « théorie de l’intégration de la matrice de densité », qui décompose les molécules complexes et volumineuses en éléments plus petits et plus faciles à gérer, que les chercheurs peuvent étudier en détail.
Une fois les molécules décomposées en éléments plus petits, les chercheurs peuvent calculer l’énergie de l’état fondamental, c’est-à-dire l’énergie la plus basse possible qu’une molécule peut atteindre. L’énergie de l’état fondamental permet de prédire la stabilité de la molécule et ses interactions potentielles avec d’autres substances.
Le Dr Merz et son équipe ont utilisé le système IBM Quantum System One situé sur le campus principal de la Cleveland Clinic pour une technique appelée « diagonalisation quantique basée sur des échantillons ». Pour commencer, les chercheurs utilisent l’ordinateur quantique pour effectuer les calculs complexes nécessaires à la détermination des différentes configurations électroniques possibles pour les fragments de la molécule. L’ordinateur quantique prélève ensuite des échantillons des différentes configurations possibles, qui sont ensuite renvoyés au superordinateur afin de combiner les résultats et de réaliser l’analyse finale.
L’équipe a testé sa méthode de calcul hybride sur un cycle hydrogène de 18 atomes et du cyclohexane. Le modèle a non seulement été capable de prédire correctement la stabilité relative des molécules, mais il l’a fait en utilisant moins de qubits que ce qui serait nécessaire pour effectuer toute la simulation sur un ordinateur quantique seul.
« Il s’agit d’une avancée révolutionnaire dans la recherche computationnelle qui démontre comment les ordinateurs quantiques à court terme peuvent faire progresser la recherche biomédicale », conclut le Dr Merz.
Article : « Toward Quantum-Centric Simulations of Extended Molecules: Sample-Based Quantum Diagonalization Enhanced with Density Matrix Embedding Theory » – DOI : 10.1021/acs.jctc.5c00114
Source : Cleveland clinic
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