BPM controla las simulaciones cuánticas científicas
HQS Quantum Simulations GmbH
La situación inicial
Nuestro cliente, HQS Quantum Simulations GmbH, ofrece software de simulación para científicos de materiales de la industria química. El desarrollo de moléculas funcionales o compuestos en estado sólido requiere muchos pasos posteriores de síntesis, formulación y ensayo para conseguir las propiedades deseadas. Las simulaciones preliminares a nivel de mecánica cuántica son, por tanto, la clave para una comprensión más profunda de los mecanismos y procesos en moléculas y materiales.
Para realizar este tipo de simulaciones hay que superar varios retos. Por un lado, estas simulaciones científicas pueden ser muy largas y consumir muchos recursos y datos. Por otro lado, el proceso completo de ejecución de una simulación es muy experimental e iterativo.
Ejemplos de ello son:
- la gestión de los informes de error
- la reejecución de pasos de simulación individuales
- el uso posterior de los resultados intermedios
- interacciones necesarias del usuario durante la simulación
- parametrización de los programas de simulación
- el uso de hardware diferente en función del problema y de la ruta de simulación
Esta variedad de opciones y el complejo proceso que rodea a la simulación real son difíciles de manejar para los científicos de materiales.
Tampoco es el núcleo de su experiencia, que reside en el ámbito de las simulaciones en las que intervienen los efectos de la mecánica cuántica.
El procedimiento
Novatec recibió el encargo de apoyar a HQS en el desarrollo de un prototipo de software para llevar a cabo los experimentos de simulación. El objetivo era permitir a los científicos de materiales concentrarse en la creación de los programas de simulación y proporcionar un soporte de procesos fácil de usar para todos los demás componentes del proceso de simulación.
Para ello, modelizamos un proceso que los científicos pueden activar utilizando el estándar ampliamente aceptado Business Process Modelling and Notation 2.0 (BPMN 2.0). Este proceso BPMN llama a un microservicio que se encarga de recuperar la estructura molecular correspondiente
y, a continuación, desencadena una simulación que se ejecuta en un entorno de simulación independiente. Una vez finalizada la simulación, los resultados se guardan y se ponen a disposición de los científicos.
Los resultados
El motor de orquestación Camunda se utiliza para la orquestación de microservicios y puede gestionar de forma inherente los retos derivados de los entornos distribuidos, como la gestión de errores y el almacenamiento de estados para procesos de larga duración.
La propia Camunda suele apoyar proyectos basados en Java. Sin embargo, las simulaciones son realizadas por paquetes de software que se implementan en diferentes lenguajes de programación, principalmente Python. Para ello, hemos utilizado el patrón External Task Client, que permite a Camunda comunicarse con aplicaciones desarrolladas en lenguajes distintos de Java.
El microservicio para recuperar la estructura molecular se desarrolló en Flask y se comunica con una base de datos MongoDB. Toda la arquitectura se desarrolló sobre la base de componentes débilmente acoplados para facilitar la futura migración a un entorno de computación cuántica en la nube.
El resultado es un software personalizado que modela las propiedades de moléculas y materiales a nivel cuántico y proporciona a los científicos los conocimientos profundos que necesitan para encontrar la solución óptima. El proceso desarrollado a partir de Camunda y la integración de los módulos de simulación simplifican notablemente el trabajo de los científicos. El proceso de principio a fin está totalmente automatizado y permite a los investigadores centrarse por completo en la creación de simulaciones óptimas.
Business Process Management
Como expertos en automatización de procesos y soluciones de software personalizadas, actualizamos tus sistemas BPM. Sabemos cómo digitalizar tus procesos empresariales y cómo prepararlos para el futuro.
También disponemos de las competencias y herramientas necesarias. De este modo, te proporcionamos la base que hace escalable tu modelo de negocio.
El cliente – HQS Quantum Simulations GmbH
HQS ofrece software para científicos de materiales de la industria química y el mundo académico.
La sofisticada modelización a nivel cuántico de los materiales y sus propiedades moleculares proporciona a los investigadores los conocimientos profundos que necesitan para encontrar la solución ideal para sus necesidades. Fundada en 2017, la empresa es la startup líder en Europa en simulaciones cuánticas complejas y cuenta ya con más de 30 expertos.
El uso de Camunda para controlar complejos flujos de trabajo de simulación en un entorno completamente nuevo y atípico resultó especialmente interesante. Controlar los microservicios que potencialmente se ejecutan en ordenadores cuánticos mediante BPMN fue una experiencia extraordinaria.
Thorsten Jakoby
Novatec Consulting GmbH
Me impresionó la amplitud de conocimientos de Novatec. Por muy específico que fuera un tema o por muy vaga que fuera una pregunta, siempre había alguien entre los expertos de Novatec que ayudaba a aclarar la pregunta y luego daba una respuesta bien fundamentada.
Sebastian Lehmann
HQS Quantum Simulations GmbH
