Entropie, une mesure du désordre moléculaire ou du caractère aléatoire d'un système, est essentiel pour comprendre la composition physique d'un système. Dans les systèmes physiques complexes, l'interaction des éléments internes est inévitable, rendre le calcul de l'entropie exigeant en termes de calcul, et souvent peu pratique, tâche. La tendance d'une protéine correctement repliée à se défaire, par exemple, peut être prédit à l'aide de calculs d'entropie.

Maintenant, une nouvelle étude de l'université de Tel Aviv propose un moyen radicalement simple et efficace de calculer l'entropie - et il existe probablement sur votre propre ordinateur.

"Nous avons découvert un moyen de calculer l'entropie en utilisant un algorithme de compression standard comme le logiciel zip que nous avons tous sur nos ordinateurs, " explique le professeur Roy Beck de l'École de physique et d'astronomie de la TAU. " Les superordinateurs sont aujourd'hui utilisés pour simuler le repliement ou le repliement incorrect des protéines dans les états pathologiques. Notre étude a démontré qu'en utilisant un algorithme de compression standard, nous pouvons fournir de nouvelles informations sur les propriétés physiques de ces protéines en calculant leurs valeurs d'entropie à l'aide d'un algorithme de compression.

« Avoir la capacité de calculer l'entropie répond à un besoin urgent d'exploiter l'incroyable puissance des simulations informatiques pour répondre aux urgences, problèmes d'actualité en science et en médecine, " ajoute le Pr Beck.

La recherche a été dirigée par le professeur Beck et menée par TAU Ph.D. étudiants Ram Avinery et Micha Kornreich. Il a été publié en Lettres d'examen physique le 22 octobre.

Selon le professeur Beck, la recherche a des applications infinies. Des simulations biomédicales à la recherche fondamentale menée en physique, chimie ou science des matériaux, le nouvel algorithme serait simple à utiliser sur n'importe quel ordinateur.

"Un lycéen a utilisé notre concept pour calculer l'entropie d'un système physique complexe, le modèle XY, " dit le professeur Beck. " Bien que cela soit considéré comme un problème difficile en ce qui concerne l'entropie, l'étudiant l'a accompli avec très peu de conseils. Cela montre à quel point cette méthode peut être facilement utilisée par presque tout le monde pour résoudre des problèmes très intéressants. »

L'idée de la méthode de calcul est née lorsque les étudiants du professeur Beck, Avinery et Kornreich, discuté de l'entropie du point de vue de la théorie de l'information. Ils se sont demandé dans quelle mesure cette idée pourrait bien fonctionner en pratique plutôt qu'en théorie.

"Ils ont simulé quelques systèmes physiques standard avec des valeurs d'entropie auxquelles ils peuvent se comparer, " explique le professeur Beck. " Ils ont rapidement constaté que la taille du fichier de données de simulation après compression augmente et diminue exactement comme l'entropie attendue devrait le faire. Peu de temps après, ils ont réalisé qu'ils pouvaient convertir la taille du fichier compressé en une valeur utilisable, l'entropie physique. Étonnamment, la conversion simple qu'ils ont utilisée était valable pour tous les systèmes étudiés."

Les chercheurs étendent actuellement l'application de leur méthodologie à une sélection large et variée de systèmes.

« Depuis que nous avons commencé à travailler et à parler de notre travail, nous avons été approchés par de nombreux chercheurs de domaines très différents, nous demandant de les aider à calculer l'entropie à partir de leurs données, " conclut le Pr Beck. " Pour l'instant, nous nous concentrons sur la simulation du repliement des protéines, un sujet d'actualité et urgent qui peut bénéficier énormément de notre découverte."