Квантовите компютри могат да са бъдещето на лекарствата

Едно от първите и най-обещаващи приложения, които учените предвиждат за бързо развиващата се технология за квантови изчисления, е нов подход към разработването на лекарства. На теория квантовият компютър би могъл да елиминира голяма част от пробите и грешките, включени в процеса, за да помогне на изследователите по-бързо да се насочат към начини за лечение на агресивни видове рак, предотвратяване на деменция, унищожаване на смъртоносни вируси или дори забавяне на стареенето чрез пресяване на трилиони молекули, които потенциално биха могли да бъдат синтезирани за създаване на фармацевтични продукти, пише Ф. Д. Флам в коментар за Bloomberg.

Като доказателство за потенциала на технологията, по-рано тази година група изследователи публикува статия в Nature Biotechnology, показваща как биха могли да използват изкуствен интелект и малък квантов компютър, проектиран от IBM, за да идентифицират потенциално лекарство за рак.

Въпреки че няколко десетки квантови компютри работят в лаборатории по целия свят, те все още не са достатъчно напреднали или достатъчно големи, за да надвият съществуващите суперкомпютри, с изключение на някои специални тестови задачи. И все пак има някои изненадващи скокове в напредъка.

„Не твърдим, че е по-бързо, по-евтино, по-добро или нещо подобно... ние показваме, че е възможно“, коментира Алекс Жаноронков, съавтор на статията и основател на Insilico Medicine. Той сравнява тези ранни приложения с първите полети на самолети – от съществено значение за демонстриране на нов начин на транспорт, някога смятат за невъзможен.

Доскоро квантовите компютри бяха силно ограничени от склонността си да правят грешки. Те използват единици за съхранение на информация, наречени кюбити, и свързването им само увеличава процента на грешките. Миналата година стартъпът Quantinuum, а по-късно и Google, обявиха, че са намерили начин да разрешат проблема, така че добавянето на повече кюбити да намали процента на грешки.

Въпреки че обикновените компютри съхраняват информация в битове, които могат да приемат стойности 0 или 1, един кюбит може да приема и двете стойности едновременно, което позволява на квантовите компютри да обработват данни по фундаментално различни и често по-мощни начини.

Квантовите изчисления използват известното странно поведение на квантовата физика, където атомите, светлината и субатомните частици съществуват в състояния на неопределеност, като тяхната позиция дори може да наподобява вълна, а не единична точка в пространството.

Кюбитите могат да бъдат създадени по различни начини – от електрони, движещи се през суперохладени материали, до атоми, позиционирани на място от лазери. Повечето настоящи системи свързват само няколко кюбита, но през декември Google достигна важен етап, като внедри корекция на грешки в система от 105 кюбита. Ако този подход може да бъде мащабиран до хиляди кюбита, учените смятат, че той би могъл да революционизира начина, по който се справяме със сложността на реалния свят, давайки възможност за пробиви в медицината, съхранението на енергия, високоефективните соларни панели, космическите костюми от следващо поколение и иновации, които все още не сме си представяли.

Вълнуващо е колко бързо се развива тази област, коментира Брайън ДеМарко, физик, който изучава квантовите изчисления в Университета на Илинойс.

В лабораторията на ДеМарко изследователите създават кюбити от въртенето на отделни атоми. По думите му тези атоми могат да бъдат изолирани от околната среда толкова добре, че квантовото им поведение доминира, което им позволява да бъдат използвани като кюбити за квантови изчисления.

Учените, участващи в изследването на лекарството за рак, са ползвали система само с 16 кубита, за да открият нова молекула, способна да се свързва с протеин, наречен KRAS. Протеинът се оказва труден за таргетиране с вече наличните лекарства.

Кристоф Горгула, биолог в Детската изследователска болница „Сейнт Джуд“ в Мемфис, казва, че изследователите в крайна сметка се надяват да могат да определят действие, което лекарството да извърши, и след това да използват квантови компютри, за да търсят правилните молекули за задачата. Той твърди, че броят на лекарствата, които потенциално биха могли да бъдат разработени чрез този процес, може да се опише като 10, последвано от около 60 нули.

Въпросът не е толкова в това, че квантовият компютър е бърз, казва той, а че говори езика на материята, така че са необходими по-малко стъпки, за да се стигне до едно и също място. „На това атомно ниво квантовата механика управлява какво се случва... как се движат атомите, как взаимодействат и колко силно“, посочва Горгула, един от съавторите на изследването.

ДеМарко е съгласен. „Причината протоните, неутроните и електроните да могат да се подредят в атоми е квантовата физика“, твърди той. По думите му правилата на химията понякога са достатъчни, но често не успяват. Квантовата физика предлага главна формула – уравнението на Шрьодингер – за предсказване на поведението на материята. Проблемът е, че е неизползваема за сложните молекули, които изграждат телата ни, а решаването на тези въпроси с конвенционални компютри би отнело милиони години.

Учените не са склонни да предскажат точно кога квантовите компютри ще бъдат способни да ускорят откриването на лекарства, химикали и нови материали, но мнозина предвиждат това да се случи в рамките на едно десетилетие. Миналия месец DARPA започна своята „Инициатива за квантов бенчмаркинг“, целяща да очертае път към индустриално полезен квантов компютър до 2033 г.

Необходими са още изследвания, за да продължи напредъкът в областта и за да могат САЩ да запазят мястото си в надпреварата. Миналата седмица няколко от лидерите в индустрията се явиха пред Конгреса, за да се застъпят за продължаваща правителствена подкрепа.

Несигурността е част от природата на науката – не винаги можем да предвидим къде ще ни отведе едно начинание или колко време ще отнеме, за да се стигне до практически резултати. Едно нещо, което можем да предвидим, е, че отказът гарантира, че ще изостанем, пише в заключение Флам.