تم احتساب اللحظات الأولى لعملية التمثيل الضوئي على جهاز كمبيوتر فائق

مخطط مركب LHC-II لجمع الطاقة الضوئية: الكلوروفيل أ يظهر باللون الفيروزي ، الكلوروفيل ب هو اللون

الأخضر.التركيب الضوئي في النباتات والحيوانات هو عملية امتصاص الطاقة الكميّة الخفيفة بواسطة مركز تفاعل الكائن الحي بتحويله وتراكمه الكيميائي. ثم تعمل المواد العضوية المركبة كوقود في التفاعلات داخل الخلايا.

مركز التفاعل هو مركب فائق بروتين كبير مع العديد من هوائيات حصاد الصور. لا يزال العلماء يواصلون دراسة هيكلها ووظيفتها. ربما في يوم من الأيام سيتحول إلى نظير اصطناعي بنفس الكفاءة العالية. ساهم في هذه الدراسة مجموعة مشتركة من العلماء من جامعة بلاد الباسك (إسبانيا) ، وجامعة برشلونة (إسبانيا) ، ومختبر ليفرمور الوطني (الولايات المتحدة الأمريكية ، وجامعة هالي - ويتنبيرغ (ألمانيا) ، وجامعة لييج (بلجيكا) ، وجامعة كويمبرا (البرتغال). الكلوروفيل LHC-II (مجمع الحصاد الخفيف 2) مجمعات جمع الصور تم إطلاق محاكاة LHC-II على العديد من أقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة في أوروبا في نفس الوقت.

لمزيد من المعلومات حول إنشاء رمز الأخطبوط لشبكة موزعة من أجهزة الكمبيوتر العملاقة ، راجع مقالة علمية أخرى . تمكن المطورون من إنشاء نموذج حاسوب موثوق به لعمليات ميكانيكا الكم التي تحدث في مجمع التفاعل أثناء عملية التمثيل الضوئي.

الرسم التوضيحي أدناه يبين مثالا على محاكاة مبسطة، وهي شبكة التكيفية لالكلوروفيل جزيء و مع مسافة بين العقد من 0.5 Å ودائرة نصف قطرها 2.5 Å. يتوافق كل لون مع مساحة يمكن نقلها للحساب إلى معالج منفصل لإجراء عمليات حسابية موازية هائلة على واحد أو أكثر من أجهزة الكمبيوتر الفائقة في نفس الوقت.



يعمل مركب LHC-II في المرحلة الأولى من عملية التمثيل الضوئي للنبات ويتكون من 17000 ذرة. من غير المعروف على وجه اليقين كيف تحدث العمليات الكمية بالضبط في هذا المجمع عند استلام الفوتون ، على الرغم من وجود نظريات موثوقة حول هذا الموضوع.

بفضل موازاة العملية ، تمكن العلماء من تشغيل مضاهاة على العديد من أجهزة الكمبيوتر العملاقة التي عملت بالتوازي. تضمنت التجربة الكمبيوتر العملاق الألماني Juqueen (458،752 نواة) ، و Fermi الإيطالية (163،840 نوى) ، و Hydra الألمانية (65،320 نوى) ، و Catalan MareNostrum III (48،896 نوى) وغيرها من أجهزة الكمبيوتر العملاقة المثبتة في الجامعات الأوروبية.

كان الهدف الرئيسي هو تحسين كود الأخطبوط ودراسته في نظام موزع حقيقي وتحديد معلمات البرنامج الصحيحة. تعتبر محاكاة جزيء LHC-II مهمة غير واقعية ، لذلك استخدم العلماء نماذج ذات ذرات 5759 و 4050 و 6075. اليوم هي أكبر محاكاة لعملية التمثيل الضوئي في مجمع LHC-II.

بفضل التجربة ، كان من الممكن تأكيد النظرية التي تصف تفاعل التمثيل الضوئي داخل LHC-II في أول 15 فمتوثانية بعد وصول الفوتون.

بفضل قانون مور وتحسين كود الأخطبوط ، هناك أمل أنه سيكون من الممكن قريبًا محاكاة عملية التمثيل الضوئي لجزيء كامل يحتوي على 17000 ذرة. علاوة على ذلك ، يمكن للعلماء من دول أخرى استخدام برنامج الأخطبوط المجاني للحوسبة الموزعة ومحاكاة الجزيئات غير LHC-II.

تم نشر نتائج العمل العلمي في مقالة " نظرة ثاقبة لضبط اللون للاستجابة الضوئية للكلوروفيل في النباتات الخضراء " في مجلة الفيزياء الكيمياء الفيزيائية الكيميائية الفيزياء 17 يوليو 2015 ، المقالة في المجال العام ( pdf ).

Source: https://habr.com/ru/post/ar383511/