L’avellinese Giuseppe Barca, professore presso L’Australian National University, ha stabilito un nuovo record mondiale per i calcoli della chimica quantistica, utilizzando un supercomputer per prevedere le reazioni chimiche e le proprietà fisiche dei sistemi molecolari con decine di migliaia di atomi.
Questa nuova tecnologia di modellazione chimica verrà utilizzata sui supercomputer di tutto il mondo, portando a nuovi progressi tecnologici nelle energie rinnovabili, nella medicina e nella produzione avanzata.
Nato ad Avellino 35 anni fa, Giuseppe Barca ha lasciato la nostra città nel gennaio del 2014 andando a cercare un impiego e un futuro in Australia, dove cervello e capacità vengono sostenuti. Sei anni dopo già lo troviamo tra gli scienziati più conosciuti al mondo. Infatti, il record precedente (quando il supercompuiter è satato battuto per la prima volta) era detenuto anche dalla sua squadra. Sposato con l'atripaldese Brigida Botticelli, pure lei ricercatrice in Australia, Giuseppe Barca è figlio di Emilio e Lina,
"Il record del 2020 riguardava principalmente il raggiungimento di dimensioni molecolari senza precedenti", spiega Barca, docente presso la ANU School of Computing.
"Questo nuovo algoritmo non solo può modellare scale molecolari significativamente più grandi rispetto a prima, ma può farlo con una precisione molto più elevata rispetto al suo predecessore".
Il codice precedente era accurato al 99%, il che potrebbe sembrare abbastanza buono.
"Purtroppo”, dice Barca, “è noto da oltre 50 anni che una precisione del 99% non è affatto sufficiente per prevedere le reazioni chimiche!" ha detto Barca. "Se vogliamo prevedere qualsiasi trasformazione chimica, abbiamo bisogno dell'1% in più".
Il professore universitario avellinese ha ottenuto l'1% in più utilizzando metodi correlati elettronicamente che sono così impegnativi dal punto di vista computazionale che non erano stati possibili su larga scala fino all'anno scorso, quando i nuovi supercomputer sono entrati in funzione.
Dice Giuseppe Barca: “La sfida è quella di avere degli algoritmi ed un software che ci consentano di condurre simulazioni pari, o in alcuni casi maggiore, a quella di un esperimento fisico. Uno degli utilizzi più importanti è quella di predire l’assorbimento e l’efficacia di nuovi farmaci. Il nostro software consente di utilizzare questi supercomputer per condurre molto velocemente una selezione di quali sono i farmaci più efficaci con una precisione di oltre il 99%. Al momento negli Stati Uniti sono in corso simulazioni per creare nuovi farmaci contro il Covid-19".
Ma cos’è un supercomputer?
Barca lo spiega così: “Se sono differenti dai nostri laptop? Hanno differenze tecniche enormi. L’hardware e i software utilizzati sono molto più avanzati e, di conseguenza, anche tutto ciò che riguarda la performance è diverso. I computer in media hanno 4 processori, il supercomputer, invece, ne ha 2 milioni e mezzo e farli funzionare insieme in maniera cooperativa è una grandissima sfida tecnica. Di fatto, il costo è enorme. Un nuovo supercomputer che diventerà operativo l’anno prossimo è costato 800 milioni di dollari. Inoltre, stiamo entrando in una nuova epoca di supercomputing interessante e rivoluzionario capace di svolgere 10 alla 18 calcoli al secondo, che è l’equivalente di un cervello umano.
Ci sono una miriade di applicazioni che possiamo attenderci. Grazie all’intelligenza artificiale ci sarà la cosiddetta medicina personalizzata dove questi compute potranno analizzare la genetica degli esseri umani e determinare quali sono le malattie a cui vanno incontro e prevederle. Un altro tipo di app è la simulazione del cervello umano anche dal punto di vista fisico-biologico. È possibile simulare la chimica degli enzimi e, pian piano, arrivare a simulare le chimiche delle nostre cellule e questo è rivoluzionario su tutti i fronti. Ancora altre applicazioni sono quelle per produzioni più ecosostenibili come, ad esempio, quelle per edifici a bassa emissione di carbonio e nuovi catalizzatori per la produzione di biocarburanti di seconda generazione”.
Il calcolo da record è stato eseguito dal supercomputer Summit presso il laboratorio di Oak Ridge nel Tennessee, attualmente il secondo supercomputer più veloce al mondo. Utilizzando 27.600 GPU, Summit ha impiegato poco più di 11 minuti per simulare una proteina che includeva oltre 45.000 atomi e 180.000 elettroni. È il più grande calcolo di chimica quantistica correlato ab initio fino ad oggi, con velocità, accuratezza e risoluzione che superano tutti i precedenti esperimenti computazionali.
