在超级计算机上计算的光合作用的最初时刻

LHC-II复合物用于收集光能的方案：叶绿素a显示为绿松石色，叶绿素b显示为绿色

，动植物的光合作用是生物体反应中心吸收光量子能量的过程，该过程转化并化学积累。然后，合成的有机物质在细胞内反应中用作燃料。

反应中心是大型蛋白质超复合物，带有许多光捕获天线。科学家仍在继续研究其结构和功能。也许总有一天，它将以同样高的效率制造出一个人造模拟物。来自巴斯克地区大学（西班牙），巴塞罗那大学（西班牙），利弗莫尔国家实验室（美国，哈勒维滕贝格大学（德国），列日大学（比利时）和科英布拉大学（葡萄牙））的科学家联合小组为这项研究做出了贡献叶绿素LHC-II（光收集复合体II）光收集复合体LHC-II模拟同时在欧洲几台最强大的超级计算机上启动。

有关为超级计算机的分布式网络创建章鱼代码的更多信息，请参阅另一篇科学文章。开发人员设法创建了光合作用过程中反应复合物中发生的量子力学过程的可靠计算机模型。

下图显示了简化模拟的示例，即叶绿素分子a的自适应网格，节点之间的距离为0.5Å，半径为2.5Å。每种颜色都对应一个区域，可以将其传送给一个单独的处理器进行计算，以便同时在一个或多个超级计算机上进行大规模并行计算。



LHC-II复合物在植物光合作用的第一阶段起作用，由17,000个原子组成。尽管存在可靠的理论，但尚不确定在接收到光子后该复合物中如何精确地发生量子过程。

由于过程的并行化，科学家们能够在并行工作的几台超级计算机上运行仿真。该实验涉及德国超级计算机Juqueen（458,752内核），意大利费米（163,840内核），德国Hydra（65,320内核），加泰罗尼亚语的MareNostrum III（48,896内核）以及安装在欧洲大学中的其他超级计算机。

主要目标是优化章鱼代码，在一个真正的分布式系统中研究它，并选择正确的程序参数。模拟整个LHC-II分子是一项不切实际的任务，因此，科学家们使用了5759、4050和6075原子的模型。今天，它是LHC-II复合体中最大的光合作用过程模拟。

通过该实验，可以证实描述光子到达后的前15飞秒内LHC-II内部光合作用反应的理论。

借助于摩尔定律和章鱼代码的优化，人们希望不久后将有可能模拟所有17,000个原子的完整分子的光合作用过程。而且，其他国家的科学家可以使用章鱼免费软件对LHC-II以外的分子进行分布式计算和模拟。

科研工作的研究结果发表在文章中“ 洞察绿色植物的叶绿素光学响应的颜色调整 ”在杂志物理化学物理化学 2015年7月17日，该文章是在公共领域（PDF）。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN383511/