סימולציות דינמיקה מולקולרית (Molecular Dynamics, MD) הן כלי עוצמתי לחקר מערכות בפיזיקה, כימיה וביולוגיה. הן מבוססות על קידום חלקיקי המערכת בצעדי זמן קטנים בכל פעם לפי חוקי התנועה של ניוטון. כדי לתת מענה ראוי לחקר תופעות נדירות, כמו קיפול חלבונים וריאקציות כימיות, המאופיינות בזמני מעבר איטיים ממצב אחד לאחר, פותחו מספר שיטות. אחת מהשיטות נקראת מטאדינאמיקה (Metadynamics) שמבוססת על הוספת מחזורית של כוח בדיוני שתפקידו "לדחוף" את המערכת על מנת שתעבור בין מצבים שונים. למשל במקרה של חלבון, מעבר בין מצב מקופל אל לא-מקופל ולהפך. בשיטה הנהוגה כיום, הכוחות הבדיוניים מוכנסים בקצב קבוע, אך מעולם לא נבדק אם דרך זו היעילה ביותר, ולכן יתכן, כפי שנראה בהמשך, שקיימת שיטה מהירה יותר בדגימת אירועים הנדירים.
המחקר הנוכחי בודק האם הכנסת הכוחות הבדיוניים בקצב אחר יקצר את זמן הריצה של הסימולציה מבלי לפגוע בדגימה יעילה של הסימולציה. היכולת להאיץ סימולציות MD היא קריטית למחקר בתחומים רבים כמו חקר של חומרים מולקולריים וניתוח מצביים תרמודינמיים, לדוגמה מחקר מ-2013 שבו החוקרים רצו לבדוק את הדינמיקה של חלבונים לאורך זמן אך בעקבות זמן החישוב הרב, הם לא יכלו לעשות.
בניסוי שערכנו, השווינו בין השיטה המסורתית, לבין השיטה החדשה שפיתחנו, שבה מכניסים את הכוחות הבדיוניים במרווחים שמתפלגים מעריכית, ובחנו את משך הזמן שנדרש לכל סימולציה כדי לעבור בין מצבים שונים.
תוצאות המחקר מצביעות על כך ששימוש בהתפלגות מעריכית להכנסת הגאוסיאנים, מוביל לקיצור זמן הריצה של הסימולציות ב-16.5%, מבלי לפגוע בדיוק הסימולציה. שיפור זה עשוי לאפשר חקר של מערכות מורכבות יותר או לחלופין חקר של מערכות פשוטות באופן מהיר יותר.