Supercomputer: la (super)cura a tutti i mali?

Il supercomputer è un sistema di calcolo in grado di fornire prestazioni estremamente elevate. Può rappresentare il futuro della medicina?

Esiste un ramo della fisica spesso catalogato come magia nera: la meccanica quantistica.  Disciplina del tutto giovane, compare nei primi anni trenta del XX secolo con la vecchia teoria dei quanti: insieme di congetture fisiche con l’obiettivo di spiegare fenomeni sperimentali ingiustificabili dalla buona vecchia meccanica classica.

Tuttavia, molto probabilmente, Bohr, Einstein, Planck, Sommerfeld e tutti gli altri padri fondatori, mai si sarebbero immaginati che questa creatura mitologica avrebbe trovato impiego in uno dei campi apparentemente più distanti dal comportamento volubile di un elettrone: l’informatica. Quindi gli anni cinquanta con NORC, il primo supercomputer, sarebbero stati una gran bella sorpresa per loro.

Il supercomputer

Ma che cos’è un supercomputer? Detto anche computer quantistico, consiste in un sistema di calcolo ed elaborazione dalle capacità e dalle prestazioni estremamente elevate. Il suo funzionamento è regolato dalle leggi della fisica quantistica. La sua unità di base è il qubit. A differenzia del bit classico, al quale è associata una quantità precisa (0 o 1, vero o falso), il bit quantistico può assumere diversi valori contemporaneamente: se il computer classico lavora esclusivamente con il bianco e il nero, quello quantistico può sfruttare tutta la scala di grigi intermedi. Ed è proprio qui il punto di forza di questa nuova tecnologia.

Un esempio del vantaggio di questo nuovo modus operandi lo troviamo in biologia. Se volessimo realizzare un modello digitale della penicillina sarebbero necessari 286 qubit, una quantità irrisoria se si pensa ai 10⁸⁶ bit classici. Come si può quindi intuire, uno dei campi dove potrebbe risultare particolarmente utile un supercomputer è la farmacologia.

La perfetta medicina

Ad oggi, le maggiori sfide che l’industria farmaceutica è chiamata ad affrontare durante lo sviluppo di un nuovo farmaco sono:

• il costo, che considerando tutte le fasi a partire dall’elaborazione fino al lancio sul mercato viaggia sulla cifra dei 2 miliardi di dollari;
• i tempi, che vanno dai 10 ai 15 anni circa;
• la probabilità di ottenere un prodotto efficace, minore del 10%.

Per questi motivi, la maggior parte dei proventi dei colossi della farmacologia deriva da pochi ed affermati farmaci già presenti sul mercato.

Grazie alla risorsa costituita dai supercomputer sarebbe possibile cambiare le carte in tavola. Uno degli ostacoli più grandi è infatti la necessità di modellizzare elaborate molecole e i loro complessi composti, operazione a dir poco impossibile per i tradizionali computer dalla limitata potenza di calcolo.

Pandemia

Un assaggio dei possibili risultati ottenibili con l’impiego di computer quantistici è arrivato recentemente con la comparsa del Covid-19. In virtù della potenza di calcolo raggiungibile, il governo americano, insieme ad alcune delle aziende più importanti del nuovo millennio (tra cui Google, IBM, Amazon, Microsoft) e decine di istituti di ricerca (come il MIT), ha deciso di fondare il COVID-19 HPC Consortium.

Raccogliendo i supercomputer più potenti al mondo, tale organizzazione è stata in grado di mettere a disposizione della ricerca più di 400 petaflops. Mentre il flop è un’operazione informatica decimale, il prefisso peta indica la quantità di 10¹⁵ operazioni.

Se consideriamo che un unico computer quantistico da otto petaflops è in grado di realizzare un milione di calcoli al secondo, la potenza di calcolo messa a disposizione dal Consortium risulta inimmaginabile.

Un promettente studio ha individuato 77 composti che potrebbero disarmare il virus: l’aiuto del Consortium comporterebbe una riduzione di tale numero fino a raggiungere 7 o anche un composto superstite.

Risultano quindi evidenti le potenzialità di un coinvolgimento di computer quantistici in ambiti sanitari. Tuttavia, gli esemplari che oggi possediamo sono ancora ben lontani dalla perfezione. Uno dei problemi principali risulta essere il mantenimento della qualità dei qubit, il cui funzionamento è ampiamente influenzato dai cambiamenti di temperatura e dalle vibrazioni dell’ambiente esterno.

Chissà se quando avremmo realizzato IL Supercomputer, non saremmo in grado di ottenere la super-cura a tutti i mali.

Immagine di copertina: Photo by Markus Spiske on Unsplash