Investigadores de la UPV / EHU-Universidad del País Vasco están utilizando computación de alto rendimiento para simular los procesos que tienen lugar durante los primeros momentos de la fotosíntesis.
Utilizando la mecánica cuántica como base, informáticos, físicos y químicos de la UPV / EHU están trabajando juntos para producir simulaciones de la molécula en la que se produce la fotosíntesis. Han ejecutado un paquete de software Octopus en las supercomputadoras más rápidas de Europa, y tras incorporar variosmejoras, han llevado a cabo las mayores simulaciones realizadas en este campo mediante el uso eficiente de miles de procesadores.
La informática, la creación de supercomputadores, sobre todo, permite a científicos e ingenieros analizar procesos físicos de alta complejidad mediante técnicas de simulación. En este caso, investigadores del Departamento de Arquitectura y Tecnología Informática de la UPV / EHU y del Departamento de Física de Materialesestán colaborando con investigadores de diversas universidades incluida la Universidade de Coimbra, Universitat de Barcelona, Lawrence Livermore National Laboratory, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, University of Liege para analizar el proceso de fotosíntesis basándose en diversas teorías porque la forma enqué plantas absorben la luz sigue siendo un misterio.
La molécula que realiza la fotosíntesis en las plantas es el LHC-II Light Harvesting Complex II, que comprende más de 17.000 átomos. Los científicos no saben cómo actúa esta molécula cuando recibe fotones de luz. Se necesitan computadoras complejas y programas avanzados paraser capaz de simular moléculas tan grandes como ésta. Joseba Alberdi, ingeniero informático de la UPV / EHU, ha redactado su tesis en este campo, gracias a la colaboración del grupo ALDAPA del Departamento de Arquitectura y Tecnología Informática de la Facultad de Informática, y el grupo de Nano-Bio Espectroscopia de la Facultad de Química.
El objetivo: lograr un alto rendimiento
El paquete de software Octopus utilizado para realizar los cálculos se sustenta en dos teorías que son el resultado de la reformulación de la mecánica cuántica y que se basan en la densidad electrónica. Con estas dos teorías ha sido posible resolver problemas de mecánica cuántica utilizando el ordenador; ya que "de lo contrario lo que se obtiene son ecuaciones que son tan complejas que son imposibles de resolver incluso con las supercomputadoras más poderosas", explicó Alberdi. "Desafortunadamente, se necesitan tiempos de ejecución muy largos para simular sistemas en su tamaño real, y el únicoLa alternativa es usar supercomputadoras ", agregó. En este trabajo ha podido utilizar algunas de las computadoras más rápidas del mundo: la alemana Juqueen con 458.752 núcleos de procesamiento, la italiana Fermi con 163.840 núcleos, la alemana Hydra 65.320núcleos y el catalán MareNostrum III 48.896 núcleos, entre otros.
El objetivo de esta tesis del investigador Joseba Alberdi fue optimizar el código Octopus y lograr un alto rendimiento para poder obtener los factores de aceleración adecuados en los cálculos que se realizan en supercomputadoras. De hecho, para poder ejecutar estecodificar a través de múltiples procesadores, era necesario resolver varios problemas que afectan la memoria y el rendimiento. La ejecución completa de la molécula LHC-II todavía representa un gran desafío, pero han logrado simular partes significativas de la molécula ". Hemos simulado sistemas que comprenden 5.759, 4.050 y 6.075 átomos; según los datos que tenemos disponibles, son las mayores simulaciones realizadas hasta el momento ", dijo el investigador. En estas simulaciones han podido comprobar que la teoría coincide con la realidad.nos permiten comprender, por primera vez, las reacciones que ocurren durante los primeros femtosegundos 10-15 s de la fotosíntesis ", explicó. Al mismo tiempo, las mejoras incorporanintegradas en la aplicación permiten simular muchos otros sistemas de este tamaño, y como también implica software libre, todos los físicos pueden utilizarlo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del País Vasco . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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