10月19日ノーベル賞特番第３部「化学賞」

第3部では、化学賞について杉田有治さん（理化学研究所）に「計算機で化学する？
今年のノーベル化学賞と『京』コンピュータ」というタイトルでお話しいただきました。
今年のノーベル化学賞受賞者はマーティン・カープラス（Martin Karplus）氏、
マイケル・レビット（Michael Levitt）氏、アリー・ワーシェル（Arieh Warshel）氏の
3名です。今回の化学賞の受賞理由は「複雑な化学システムを解明するための
マルチスケールモデルの開発」です。
「化学」といえば白衣を着ての「実験」や「化学反応」を思い浮かべる方が多いと思います。
しかし、今回の研究は物理化学の法則に従う理論式に基づいて、計算機（コンピュータ）を
用いてシミュレーションを行う「計算化学」というものです。つまり、試験管やフラスコを
コンピュータに、有機・無機化合物を計算可能な分子モデルに置き換えて考えます。
実際に薬品を使う実験ではないので、お話しいただいた杉田さんも最近は白衣を着て
いないとのことでした。
計算化学には2つの方法があります。量子力学を基盤とする量子化学と、古典的計算を
行い分子の運動を扱う分子力学/分子動力学というものです。例えば、これらの理論に
よってタンパク質の性質を計算しようとします。ところが、量子化学計算にはたくさんの
原子や分子でできた空間の振る舞いを正確に計算しようとすると、計算時間がとてつも
なく長くなってしまうという弱点があります。一方、分子力学では計算量が量子化学
計算と比べて少ないため、たくさんの原子や分子でできた空間の計算が行えますが、
精度が高くありません。
そこで考えられたのが今回のマルチスケールモデルです。これは、巨大なタンパク質
である酵素の中で、化学反応に直接関わる部分のみを量子化学計算で精密に行い、
それ以外の部分を分子力学で簡略化して計算するというものです。つまり、量子的
計算と古典的計算の良い部分を組み合わせた方法だと言えます。この手法は
QM/MM（Quantum Mechanics/Molecular Mechanics method）と呼ばれ、
生体分子の分野でのシミュレーション技術の発展に大きく貢献しています。
ちなみに今回のノーベル化学賞の研究が行われた1970年代と比べて、現在の
世界最速のコンピュータによる計算速度は数億倍にもなっているそうです。
コンピュータ「京」を用いたシミュレーションにおいても当時と比べれば分子サイズで
数万倍の規模になっています。しかし、基本的な概念や理論方程式は同じだそうです。
日々進歩しているコンピュータによって、より複雑な計算ができるようになることで、
科学・医学などの分野での研究がより進むようになると良いですね。