Cleveland Clinic, RIKEN e IBM modellano una proteina da 12.635 atomi

Giugno 11, 2026

Scienziati della Cleveland Clinic, di RIKEN e di IBM hanno utilizzato computer quantistici IBM e due dei supercomputer classici più potenti al mondo per simulare complessi proteici fino a 12.635 atomi. Si tratta della più grande simulazione mai realizzata finora utilizzando computer quantistici e questo risultato dimostra come il calcolo quantistico stia evolvendo da tecnologia sperimentale a strumento scientifico concreto, in grado di affrontare problemi reali in biologia, chimica e lifescience.

I risultati sono stati ottenuti in parte grazie a un algoritmo innovativo che ottimizza la collaborazione tra computer quantistici e classici, un approccio noto come quantum-centric supercomputing. Utilizzando questo framework, gli scienziati sono riusciti a simulare il comportamento di due proteine biochimicamente rilevanti che sono circa 40 volte più grandi rispetto a quanto questo stesso metodo fosse inizialmente in grado di gestire solo sei mesi fa. Inoltre, nello stesso arco temporale, l’accuratezza delle simulazioni in una fase chiave del flusso di lavoro è migliorata fino a 210 volte

La decisione di esplorare il potenziale valore dei computer quantistici nella simulazione di complessi proteici è stata motivata dalle difficoltà che i ricercatori affrontano oggi nello studio del modo in cui un candidato farmaco può legarsi a una proteina.

Questo rappresenta uno dei problemi più complessi e costosi nella ricerca in ambito lifescience, in cui i metodi computazionali attualmente disponibili fanno fatica a fornire soluzioni esatte man mano che le molecole aumentano di dimensione. Riuscire a farlo in modo accurato e nelle prime fasi del processo di ricerca potrebbe ridurre in modo significativo i tempi di sviluppo dei farmaci che oggi possono superare dieci anni e richiedere investimenti ingenti per arrivare alla produzione di un singolo medicinale.

“Questo lavoro rappresenta un importante passo avanti e sottolinea il ruolo emergente del calcolo quantistico nei sistemi per la scoperta dei farmaci”, ha dichiarato Kenneth Merz, Ph.D., autore principale dello studio e staff scientist del Computational Life Sciences Department della Cleveland Clinic. “Superando la soglia dei 12.000 atomi, abbiamo ampliato in modo significativo la scala delle simulazioni molecolari biologicamente rilevanti possibili con il calcolo quantistico e dimostrato un framework per applicare questi metodi a problemi scientificamente rilevanti su scala più ampia”.

“Per anni, il calcolo quantistico è stato una promessa. Oggi, i computer quantistici stanno producendo risultati che contano davvero per la scienza”, ha affermato Jay Gambetta, direttore di IBM Research e IBM Fellow. “I sistemi che abbiamo simulato sono il tipo di molecole con cui biologi e chimici lavorano nel mondo reale. I computer quantistici non stanno più dimostrando solo di essere strumenti validi, ma che possono apportare contributi significativi nelle architetture di quantum-centric supercomputing”.

La ricerca rivoluzionaria, riportata in uno studio preliminare, si basa su una serie di traguardi precedentemente raggiunti dalle tre istituzioni. Tra questi, il lavoro pubblicato sulla copertina di Science Advances che ha introdotto tecniche per modellare gli stati elettronici nelle molecole, inizialmente dimostrato sui solfuri di ferro, e più recentemente la molecola benchmark da 303 atomi denominata Trp-cage, la prima simulazione di quantum-centric supercomputing conosciuta, composta da 20 amminoacidi.

IBM molecola

Computer quantistici e classici lavorano in tandem

Questo approccio – che IBM definisce quantum-centric supercomputing – abbina processori quantistici e computer classici, consentendo a ciascuno di essi di affrontare le parti del problema in cui eccelle maggiormente. In questo lavoro, i computer classici hanno scomposto i complessi proteina‑ligando in frammenti computabili.

I processori IBM Quantum Heron da 156 qubit, operanti all’interno dei computer quantistici IBM sia presso la Cleveland Clinic negli Stati Uniti sia presso RIKEN in Giappone, hanno calcolato il comportamento quantomeccanico di queste parti in tandem con due tra i più potenti supercomputer classici: Fugaku di RIKEN e Miyabi‑G, gestito dall’Università di Tokyo e dall’Università di Tsukuba. La potenza dell’hardware quantistico IBM è stata essenziale per l’accuratezza e il successo del calcolo, che ha richiesto in alcune parti della simulazione fino a 94 qubit e quasi 6.000 operazioni quantistiche. I risultati sono stati poi ricomposti sui computer classici per ottenere una rappresentazione completa della molecola.

Come pubblicato su arXiv, la scalabilità è stata resa possibile sia dall’innovazione algoritmica sia dall’accesso a infrastrutture di calcolo all’avanguardia. Il nuovo algoritmo ibrido quantistico‑classico, denominato EWF‑TrimSQD, ha ridotto in modo drastico l’overhead computazionale e accelerato la capacità di rappresentare direttamente la chimica di questi sistemi molecolari sull’hardware quantistico. Di conseguenza, il limite di ciò che è possibile ottenere con il supercalcolo quantistico‑centrico è stato spostato verso dimensioni molecolari prima irraggiungibili e si delinea un percorso chiaro per aumentare ulteriormente la scala e l’accuratezza di questi calcoli.

Un passo verso la scoperta di nuovi farmaci

Il team considera questo lavoro come un punto di partenza. In prospettiva, la capacità di scalare simulazioni accurate di sistemi molecolari rappresenta un passo importante per aiutare i ricercatori a prevedere meglio come i farmaci possano interagire con le proteine target. I miglioramenti computazionali nella scoperta di farmaci si basano su due capacità fondamentali: da un lato, modellare il movimento degli atomi mentre si svolgono i processi biologici; dall’altro, calcolarne con precisione le energie, ambiti per i quali questi risultati forniscono evidenze concrete del supporto offerto dal quantum-centric supercomputing.

Con l’evoluzione dei computer quantistici, la loro integrazione nei flussi di lavoro computazionali potrebbe garantire una maggiore accuratezza nei calcoli energetici su scala più ampia e aprire potenzialmente la strada alla simulazione di catalizzatori enzimatici, meccanismi farmacologici e altri comportamenti molecolari che oggi possono essere studiati solo attraverso sperimentazioni.

Più in generale, questo risultato segna un cambiamento nel significato stesso del calcolo quantistico per la scienza. Per gran parte della sua storia, il progresso nel campo del calcolo quantistico è stato misurato in qubit, porte logiche e tassi di errore. Oggi, le sue capacità possono essere valutate anche in base alla dimensione e alla rilevanza dei problemi che può contribuire a risolvere.