انقلاب در ابرمحاسبات: فرمول ریاضی ۱۴۰ ساله سرعت شبیهسازی مولکولها را تا ۷ برابر افزایش داد شبیهس…
انتشار: 2026/06/28 22:20 UTC
انقلاب در ابرمحاسبات: فرمول ریاضی ۱۴۰ ساله سرعت شبیهسازی مولکولها را تا ۷ برابر افزایش داد شبیهسازی حرکت اتمها و مولکولها، که بیش از ۲۰ درصد از کل ظرفیت پردازش قویترین ابرکامپیوترهای جهان را به خود اختصاص میدهد، نقشی حیاتی در طراحی داروها، توسعه باتریهای نسل جدید و درک تاخوردگی پروتئینها دارد. اکنون، ریاضیدانان مؤسسه فلاتآیرون با استفاده از یک فرمول ریاضی قدیمی، به پیشرفتی دست یافتهاند که سرعت این شبیهسازیهای سنگین را بین ۲.۵ تا ۷ برابر، بدون کوچکترین کاهش در دقت، افزایش میدهد.چرا شبیهسازی مولکولی اینقدر کند و پرهزینه است؟اتمها مدام با نیروهای الکتریکی یکدیگر را جذب یا دفع میکنند. برای شبیهسازی دقیق این «رقص مولکولی»، ابرکامپیوترها باید زمان را به بخشهای فوقالعاده کوچکی تقسیم کنند؛ چیزی نزدیک به ۵۰۰ تریلیون فریم در ثانیه! این سرعت سرسامآور حتی از فریمریت پیشرفتهترین بازیهای ویدئویی نیز فراتر است. برای اینکه یک شبیهسازی فقط چند میلیثانیه از واقعیت را نشان دهد، کامپیوتر باید تریلیونها محاسبه سنگین انجام دهد تا فاصله و نیروی بین تکتک اتمها را در هر فریم بسنجد. این گلوگاه محاسباتی، هفتهها زمان و حجم عظیمی از انرژی را هدر میدهد.ریاضیدانان برای حل این مشکل به سراغ یک تابع ریاضی به نام «توابع موجی شبهکروی کشیده» رفتند که نخستین بار در سال ۱۸۸۰ ابداع شد و بعداً در دهه ۱۹۶۰ در مخابرات به کار رفت. این تابع ریاضی کارکرد دوگانهای دارد: اول اینکه نیروهای الکتریکی میان اتمها را به دو بخش کوتاهبرد و بلندبرد تقسیم میکند، و دوم اینکه بارهای الکتریکی اتمها را به شکلی بسیار نرم روی یک شبکه محاسباتی پخش میکند. این کار مانند صاف کردن یک جاده سنگلاخ و پر از تپههای تیز است؛ کامپیوتر دیگر نیازی به محاسبه تکتک نوسانات تند ندارد و میتواند با سرعت بسیار بیشتری حرکت ذرات را فرمولبندی کند. کاربرد عملی و دسترسی فوری برای دانشمندان سراسر جهانمهمترین جنبه این دستاورد علمی که در ژورنال Nature Communications منتشر شده، کاربردی بودن فوری آن است. کد نویسی این روش جدید به گونهای انجام شده که به راحتی میتواند در نرمافزارهای محبوب و استاندارد شبیهسازی جهان مانند GROMACS و LAMMPS ادغام شود. در تستهای اولیه روی شبیهسازی الکترولیت باتریهای لیتیومی و پروتئینهای مرتبط با سیستم ایمنی، سرعت محاسبات تا ۷ برابر افزایش یافت. این یعنی تحقیقات دارویی و علم مواد که پیش از این ماهها زمان میبرد، اکنون میتواند در عرض چند هفته و با مصرف کسری از انرژی قبلی انجام شود. این موفقیت بزرگ نشان میدهد که چگونه خلاقیت بینرشتهای و به کارگیری ابزارهای ریاضی قدیمی در شاخههای نوین فناوری، میتواند گلوگاههای بزرگی را که دههها بدون تغییر باقی مانده بودند، از میان بردارد و سرعت پیشرفت علم را دوچندان کند.[منبع] @Science_Focus
