TECNOLOGIA E PANDEMIA: SUPERCOMPUTADORES E COMPUTADORES QUÂNTICOS

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TECNOLOGIA E PANDEMIA: SUPERCOMPUTADORES E COMPUTADORES QUÂNTICOS

Beatriz Varona | jul 14, 2020

A crise causada pela pandemia do COVID-19 é uma realidade.

Desde a publicação deste artigo (15 de abril de 2020), este vírus deixou mais de 2.000.000 de pessoas infectadas e 134.000 mortas em todo o mundo, além de uma grande crise econômica - com prejuízos de bilhões para as empresas. Mesmo que consigamos superar esta crise com sucesso, tornou-se claro que todo o planeta está perfeitamente conectado, e talvez tenhamos que enfrentar novas pandemias, que podem se expandir rapidamente no futuro, para as quais devemos estar preparados.

A origem exata desta doença não é conhecida, mas as primeiras infecções foram detectadas em dezembro de 2019. A partir desta data, muitos grupos de pesquisa e empresas de todo o mundo se uniram para gerar soluções contra a crise deste vírus.

ANALISANDO A PANDEMIA COM SUPERCOMPUTADORES

Usando métodos como a cristalografia de raios X e a criomicroscopia eletrônica, duas técnicas experimentais para estudar e analisar os materiais, foi possível analisar as proteínas do coronavírus, chamado SARS-CoV-2. Os átomos dessas proteínas estão sendo constantemente empurrados e interagindo uns com os outros.

Usando um supercomputador, podem ser feitas simulações digitais das interações que ocorrem entre as proteínas, estudando assim as diferentes formas que a estrutura de uma proteína pode assumir. Assim, poderíamos descobrir possíveis drogas que poderiam ser acopladas nas proteínas para cancelar sua função, e assim obteríamos uma nova molécula para uma possível droga. Assim, uma molécula poderia ser projetada contra o SARS-CoV-2, visando uma proteína na superfície do vírus. Esta estratégia visa evitar a adesão e a invasão, o que diminuiria a propagação do vírus em humanos. Este método, com simulações computadorizadas, já foi testado com sucesso em uma proteína do vírus Ebola.

Computación cuántica, superordenadores y COVID19

Para analisar as flutuações dos átomos de proteína é preciso trabalhar muito rápido, por exemplo, a cada segundo mais de um trilhão de operações tem que ser feito. Um computador convencional levaria mais de 100 anos para realizar este tipo de operação, portanto, pelo menos precisamos hoje de um supercomputador.

O Summit da IBM, o supercomputador mais poderoso do mundo até hoje, tem 200 petaFLOPS e é capaz de realizar 200.000 bilhões de operações por segundo. Este supercomputador ajudou os cientistas do Laboratório Nacional de Oak Ridge e da Universidade do Tennessee a examinar 8.000 compostos da principal proteína do coronavírus, e em apenas dois dias eles foram capazes de identificar e recomendar 77 moléculas para uso em possíveis compostos de drogas, que mais tarde terão que ser testadas e validadas experimentalmente.

SUPERCOMPUTAÇÃO "FEITA NA ESPANHA"

O supercomputador MareNostrum 4, localizado em Barcelona, é o mais rápido da Espanha e um dos mais rápidos da Europa, com 11,1 petaFLOPS de potência. Também foi posto a disposição de pesquisas, buscando soluções contra o coronavírus, aplicando a bioinformática na busca de tratamentos. Este supercomputador, em funcionamento desde 2017, é normalmente utilizado, entre muitas outras coisas, em simulações astrofísicas, pesquisa do genoma humano, modelagem geofísica, ou na criação de novas drogas.

Ela pertence ao Centro Nacional de Supercomputação de Barcelona (BSC-CNS), que a utiliza para suas próprias pesquisas, mas também foi colocada à disposição dos grupos de pesquisa COVID-19 fora desta entidade, que precisam deste tipo de computação de alto desempenho.

Computación cuántica, superordenadores y COVID19-1

CONSÓRCIO IBM

A IBM, com a ajuda do Escritório de Política Científica e Tecnológica da Casa Branca e do Departamento de Energia dos Estados Unidos (Departamento de Energia dos EUA), criou um consórcio voluntário com várias empresas públicas e privadas, universidades e laboratórios, incluindo Google, Microsoft, Amazon e NASA. Todos eles disponibilizaram seus supercomputadores: mais de 31 sistemas com mais de 418 petaFLOPS de potência, 105.000 nós, 3.800.000 núcleos de CPU e 41.000 GPUs, e têm 25 projetos ativos, para ajudar os pesquisadores em todo o mundo a entender melhor o vírus COVID-19, seus tratamentos e possíveis curas.

O consórcio de supercomputadores está crescendo a cada dia, e está aceitando novas propostas, portanto mais recursos são esperados em breve. Estes sistemas informáticos de alto desempenho, com poder sem precedentes, permitem aos pesquisadores fazer um grande número de cálculos em modelagem molecular, bioinformática ou epidemiologia.

NOSSO FUTURO E A COMPUTAÇÃO QUÂNTICA

No último artigo "Quantum Supremacy - Google vs. IBM", explicamos as diferenças entre supercomputação e computação quântica. Mas o que aconteceria se no futuro, em vez de usarmos supercomputadores, usássemos computadores quânticos?

Os computadores Quantum, ao contrário dos computadores clássicos, usam qubits em vez de bits. Qubits pode tomar os valores 0,1 ou valores intermediários, todos de uma vez, o que significa que eles podem realizar muitas operações ao mesmo tempo (ver "Introdução à Computação Quântica I" e "Introdução à Computação Quântica II").

Os computadores Quantum, a partir de 50 qubits, trabalham muito mais rápido e eficientemente que um computador clássico, mesmo que um supercomputador. Por esta razão, no futuro, para encontrar medicamentos, possíveis curas, ou soluções para a crise causada por uma pandemia, a computação quântica poderia ser de grande ajuda.

Algumas empresas pioneiras, como a empresa canadense de computação quântica D-Wave, anunciaram em 31 de março que darão acesso gratuito ao serviço de nuvem de computação quântica Leap 2 às pessoas que trabalham com medicamentos para a COVID-19, ou qualquer pesquisa ou equipamento que trabalhe em aspectos de como resolver esta crise. O computador Quantum D-Wave está localizado na cidade de Burnaby, Columbia Britânica, Canadá.

Computación cuántica, superordenadores y COVID19-2

O Salto 2 é um serviço de nuvem projetado para aplicações quânticas híbridas, ou seja, é um serviço quântico clássico, que fornece acesso em tempo real ao computador quântico D-Wave. Este ambiente permite a programação em linguagem Python e está disponível desde 26 de fevereiro passado. O salto 2 é capaz de processar problemas de até 10.000 variáveis em milissegundos, e devolver uma solução ao usuário em poucos segundos. Embora o computador D-Wave consiste em 2.000 qubits supercondutores, resfriados a temperaturas próximas a zero absoluto (aproximadamente -273ºC), e de acordo com a empresa é o computador quântico mais avançado do mundo, ele ainda não conseguiu demonstrar a supremacia quântica.

Os futuros computadores quânticos serão mais poderosos e eficientes que os supercomputadores de hoje, e até mesmo que os computadores quânticos que temos hoje. Eles nos permitirão analisar quase que instantaneamente, através de simulações digitais, as proteínas dos vírus, e encontrar rapidamente moléculas de possíveis drogas. É claro que a computação quântica será de grande ajuda para nós com este tipo de crise ou pandemia que pode vir no futuro, mas teremos que continuar pesquisando, investindo e desenvolvendo novos dispositivos para conseguir isto.

Referências:

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