Команда Кеннета Мерца из Кливлендской клиники доказала, что квантовые компьютеры могут моделировать поведение молекул в воде — и это открывает новые возможности для разработки лекарств.

Химикам давно известно: чтобы предсказать, как вещество поведет себя в растворе, нужно учесть миллионы взаимодействий с молекулами воды. Классические компьютеры справляются с этим медленно и дорого. Мерц с коллегами нашли способ быстрее — они первыми применили квантовый алгоритм SQD (Sample-Based Quantum Diagonalization) для расчетов в жидкой среде.

Результаты опубликованы в The Journal of Physical Chemistry, а саму статью поместили на обложку номера.

Суть метода в том, что квантовый компьютер берет «снимки» возможных состояний молекулы, а классический — анализирует их и выдает самый вероятный сценарий.

Процесс повторяют, пока не добьются точности. Эксперименты провели на IBM Quantum System One — первом квантовом компьютере для медицинских исследований, который клиника получила благодаря партнерству с IBM.

Ученые проверили метод на четырех молекулах: метаноле, этаноле, метиламине и воде. Задействовали до 52 кубитов и достигли точности выше 99%. Это значит, что модель правильно предсказывает энергию молекул и то, как они ведут себя в растворе.

Мы сделали шаг к практическому применению квантовой химии, — говорит Мерц. — Гибридные квантовые модели почти не тестировали на реальном оборудовании. Наш эксперимент доказывает: они работают.

Польза исследования

• Ускорение разработки лекарств: если предсказывать поведение молекул в воде за часы, а не месяцы, фармакология резко ускорится.
• Снижение затрат: квантовые расчеты сократят дорогие лабораторные эксперименты.
• Новые материалы: метод пригодится не только в медицине, но и, например, в создании топливных элементов.

Пока метод тестировали только на простых молекулах. Реальные лекарственные соединения сложнее — возможно, для них точность упадет. Кроме того, квантовые компьютеры IBM пока шумные, и ошибки в расчетах неизбежны.

Ранее ученые открыли новое состояние молекулы воды.