Von der klassischen Physik zum Supercomputer

In der Laudatio des diesjährigen Latsis-Preises der ETH heisst es: «Als Computerchemikerin entwickelt Sereina Riniker Algorithmen, die es ermöglichen, der Bewegung von Atomen in komplexen molekularen Gruppen zu folgen und daraus quantitative Daten zu gewinnen.» Zudem habe sie die Hauptprobleme klassischer Simulationen ermittelt, die lange eine chemisch und physikalisch fundierte Untersuchung der Dynamik kleiner Biomoleküle behindert hätten.

Tatsächlich baut Riniker die rechnerische Modellierung der atomaren Bewegungen auf den physikalischen Bewegungsgesetzen auf, die Isaac Newton (1642-1726) in die Mechanik einführte. Die nötigen Berechnungen sind sehr aufwendig und erfordern den Einsatz von Computerclustern.

Zu den grossen Herausforderungen gehören die schiere Zahl der Wechselwirkungen und die extrem kurzen Zeiteinheiten: Um die Atombewegungen zu berechnen, wird die Bewegung in einzelne Schritte unterteilt, von denen jeder eine winzige Femtosekunde kurz ist, das heisst 0.000 000 000 000 001 oder 10-15 Sekunden. Die Zeitschritte müssen so kurz sein, um den Berechnungsfehler klein zu halten. Entsprechend viele Zeitschritte sind zu berechnen, um experimentell relevante Zeiträume zu erreichen.