A ritmo di “amminoacido”

«Considerate la vostra semenza: fatti non foste a viver come bruti, ma per inseguire virtute e canoscenza».

Così recita Dante nel canto ventiseiesimo della celebre opera ‘La Divina Commedia’, introducendo un concetto che racchiude il monito a spingersi al di là delle ‘Colonne d’Ercole’ dell’ignoto, cercando di esplorare i limiti estremi del non-conosciuto e trasformando stimoli esterni in obiettivi conoscitivi sempre più concreti. Ed è proprio la ‘trasformazione’ ad aver incuriosito fisici e studiosi di ogni tempo, che oggi si accingono a sfruttare il neonato strumento dell’informatica quantistica per addentrarsi nel mondo delle proprietà microscopiche.

Tre fisici teorici dell’Università di Trento ambiscono a simulare, attraverso un algoritmo quantistico, i cambiamenti strutturali che caratterizzano le biomolecole essenziali per la vita di ogni essere umano: le proteine. In particolare, la loro attenzione si focalizza sul tentativo di riprodurre la fase di formazione della catena di amminoacidi (processo di “ripiegamento”) e la funzionalità biologica che ne deriva, prevedendo le trasformazioni che le proteine possano subire e svelando le modalità di sintesi e attivazione a fronte questi processi.

È proprio la capacità di predizione di questi meccanismi a svelare la motivazione principale alla base dell’indagine. Infatti, la possibilità di conoscere a priori le dinamiche comportamentali delle proteine potrebbe supportare concretamente la ricerca medica nei settori più disparati, fornendo un aiuto per trovare cure a malattie degenerative, cancro o situazioni epidemiologiche emergenti, di cui l’attuale Covid-19 è l’esponente principale. Alternativamente, conoscere i meccanismi alla base dei fenomeni di neuro-degenerazione potrebbe creare i presupposti per bloccarne la proliferazione, o creare lo spunto per inibire lo sviluppo di geni difettosi o compromessi.

Tuttavia, le Colonne d’Ercole di questa indagine sono state aggirate, ma non completamente superate: infatti, gli strumenti elettronici di microscopia sono attualmente in grado di rivelare le caratteristiche delle proteine ad un elevato livello di precisione atomica solo sotto le ipotesi di proteina dotata di forma stabile e biologicamente attiva. Ciò rappresenta un limite per l’obiettivo di dettaglio richiesto dall’indagine, in quanto legittima l’analisi solo sotto determinate condizioni biologiche, non sempre rispettate.

Tuttavia, la portata rivoluzionaria dell’impiegare uno strumento di calcolo come ‘sostituto’ dei meccanismi che regolano lo sviluppo e le traiettorie delle proteine non può passare inosservata. Pietro Faccioli, affiliato dell’INFN, pone l’accento sui due concetti-base che animano la ricerca: da un lato “ottimizzazione”, intesa come massimizzazione dell’output a fronte delle risorse disponibili (in questo caso, quantum computing e conoscenza teorica), dall’altro lato “delocalizzazione quantistica”, che si basa sull’impossibilità, dettata dal principio di indeterminazione di Heisenberg, di stabilire contemporaneamente e con esattezza la posizione e il momento di una singola particella nello spazio di indagine.

L’INFN, quindi, rivolge un accorato richiamo ai grandi progetti internazionali che ambiscono a riconoscere la superiorità computazionale del quantum computing, come il “Superconducting Quantum Materials and Systems Center (SQMS)”, finanziato dal Department of Energy (DoE) degli Stati Uniti: l’ambizione è nobile, così come i vantaggi che ne conseguiranno.

In conclusione, la matematica si pone al servizio della quotidianità, creando i presupposti per migliorare la qualità della vita con dei risvolti significativi in termini medici, biologici, elettronici. L’accettazione dello strumento dell’informatica quantistica desta preoccupazione, ma se impiegato nel modo giusto, può solo generare esiti positivi: l’ignoto fa paura, ma a volte è meglio compiere un salto nel vuoto per realizzare che non lo sia così tanto.

Il vuoto non è vuoto, è semplicemente qualcosa che non conosciamo: aspettare che arrivi qualcuno a riempirlo, senza volerlo preventivamente scoprire, studiare e scandagliare fino in fondo, rappresenta la nostra condanna.

 

A cura di Federica Valeria Didonna del VGen Engineering Hub