Mie. Nov 14th, 2018

Estudiantes de la ESCOM aplican Cómputo Cuántico para resolver el problema del plegamiento de proteínas.

“Queríamos hacer algo diferente como Trabajo Terminal para obtener el título de Ingenieros” -Luis Alberto CS, egresado de la ESCOM.

Como Trabajo Terminal los ahora Ingenieros en Sistemas Computaciones Jonatan Hazel Sánchez y Luis Alberto Cortes Santiago egresados de la Escuela Superior de Cómputo del Instituto Politécnico Nacional lograron resolver el problema del plegamiento de proteínas utilizando cómputo cuántico, pero ¿qué tiene qué ver el problema del plegamiento de proteínas con el cómputo cuántico?

El contexto.

La caminata cuántica consta de dos actores; un sistema de probabilidad y un caminante, el primero dice a qué dirección moverse y el segundo es la representación de un estado. Todo esto se basa en el principio de superposición, el famoso ejemplo es “La paradoja del gato de Schrödinger”.

“El problema del plegamiento de proteínas es muy importante, en el organismo las proteínas se encargan de muchas funciones, por ejemplo; cuando comemos mucho, estas son quienes mandan la señal al cerebro de que ya estas satisfecho, y por ende de que ya no debes comer más, sí esa proteína no funciona bien, uno seguirá comiendo y comiendo, esto quiere decir que hay una mutación. Ahora, el proceso biológico es muy sencillo, tenemos el ADN el cual consta de 4 letras, las cuales son “ATGC” (Adenina, Timina, Guanina, Citosina), esta cadena pasa por una “máquina”, el cual tiene un lector, el lector se llama Ribosoma, las cuales va leyendo las 4 letras, estas pueden ir en varios ordenes, ATGC, CGAT, TACG, etc. El Ribosoma los lee de 3 en 3 y las encapsula en “Esferas”, luego las va nombrando dependiendo de qué cadena se forme, hasta que llega una cadena igualmente de 3 letras que indica que ya debe de cortar la “lectura”. Así es como se forma una cadena de aminoácidos que es la que analizamos, cuando estas se pliegan es cuando se genera la proteína. Pero imagínate que si esta proteína no se pliega bien entonces puede o no haber problemas en el organismo, ya que sí no se plegó de forma correcta, su función será errónea. Haciendo investigación y algoritmos que nos ayuden al buen entendimiento de estos problemas, como gente de cómputo podremos ayudar a combatir los problemas producidos por el mal plegamiento de proteínas, entendiendo como evitar que se plieguen mal, y así enfermedades incluso como Alzheimer ” explica Jonatan Hazel.

Los medios.

Hoy en día el tema del cómputo cuántico es algo que a muchos interesa, y la pregunta más común es “¿Qué necesito saber para hacer cómputo cuántico?” Hay personas que piensan que necesitan saber Física Cuántica a detalle. La respuesta es “No” El cómputo cuántico abarca principios de física cuántica pero solamente, hay otras cosas más importantes.

En las universidades con carreras de ingeniería las materias como Álgebra Lineal son papel importante, y aquí les explicó el motivo: bueno, resulta que el Álgebra Lineal a nivel Qbit los bits se representan con vectores en un plano r2, o más bien c2 (complejo), debido a que tienen la propiedad de linealidad, puede aprovecharse para hacer operaciones de forma paralela, lo cual es muy importante, de hecho esto se hace con el operador de Hadamard. Otras materias como Análisis Vectorial, Probabilidad y Estadística, Análisis de Algoritmos, y en general todas las materias de matemáticas son también importantes.

Mathematica fue el principal actor en el proyecto para realizar el modelo del algoritmo, debido a que no se contaba con una computadora cuántica, se hizo una simulación, hay que recordar que son operaciones cuánticas que están siendo simuladas en una computadora común, por lo que el tiempo de ejecución es demasiado (por ejemplo, una ejecución para arrojar un resultado donde se utilizó 4 aminoácidos, fue de 32 minutos). En Mathematica, se realizó:

1.- Superposición de estados.
2.- Caminata cuántica.
3.- Oráculo cuántico.
3.- Amplificación mediante el algoritmo de Grover.
4.- Medición del plegamiento.
5.- Despliegue gráfico.

Para la parte gráfica en donde se mostraron los resultados se utilizó C Sharp.

Grandeza, motivo de inspiración.

Luis Alberto y Jonatan Hazel estudiaron en la Escuela Superior de Cómputo, y ambos tuvieron la fortuna de conocer al Dr. Salvador Venegas Andraca, quien es Doctor en Cómputo Cuántico del Tecnológico de Monterrey y quien también les dirigió para adentrarse al cómputo cuántico. Sus grandes aspiraciones y curiosidad por lo nuevo y complejo fue lo que los hizo realizar un gran trabajo con su carrera. Luis Alberto menciona que para él fue muy importante realizar un Trabajo Terminal que le diera satisfacción, que fuera realmente un reto para él, y actualmente vive con esa satisfacción de saber que efectivamente pudo lograr ese reto. Jonatan Hazel por su parte anhela prepararse más en estos temas y poder escribir un libro en español sobre computación cuántica, ya que actualmente la información es escasa y la información que podemos encontrar en internet está en inglés.

Por ultimo TechLifeMX les felicita a Jonatan Hazel y Luis Alberto por el increíble trabajo que han hecho, por las aspiraciones que tienen porque seguramente harán grandes aportaciones a la ingeniería, la ciencia, y en general a la comunidad principalmente de este país.