Nature Communications: Ученые придумали способ ускорить разработку лекарств

Способ улучшить квантовые компьютеры для моделирования сложных систем, например молекул, разработали математики из Копенгагенского университета.

Это открытие может ускорить разработку новых лекарств и предсказывать их поведение в организме.

Создание нового лекарства обычно занимает более 10 лет и стоит от сотен миллионов до миллиардов евро, при этом существует риск неудачных попыток. Но если мы сможем предсказать эффективность лекарства заранее и ускорить процесс разработки с нескольких лет до нескольких месяцев, это будет настоящим прорывом.

Лекарства состоят из молекул, которые в свою очередь состоят из атомов. Атомы ведут себя как квантово-механические частицы, поэтому для имитации их поведения нужен квантовый компьютер. Традиционный компьютер не сможет справиться с таким объёмом информации.

Команда физиков, компьютерщиков и математиков из центра Quantum for Life при Копенгагенском университете посвятила годы своей карьеры изучению того, как можно использовать квантовые симуляторы для решения этой задачи: предсказывать поведение молекул.

Все дело в размере, или нет?

Одна из главных проблем квантовых компьютеров — их размер. Современные квантовые компьютеры слишком малы и могут моделировать лишь несколько атомов, а этого недостаточно для сложных молекул лекарственных препаратов, которые содержат миллионы атомов.

Команда Quantum for Life разработала математический рецепт, который упрощает программирование квантовых симуляторов и позволяет извлекать больше вычислительной мощности из симулятора того же размера.

Квантовые симуляторы — это не только квантовое оборудование, но и программное обеспечение. Это как рецепт использования квантового симулятора.

Благодаря новым результатам мы получаем более эффективный метод масштабирования существующего оборудования и решения более сложных задач, — говорит Дилан Харли, один из авторов исследования и докторант Центра Quantum for Life.

Чтобы увеличить масштаб квантового симулятора, его обычно создают с нуля. Новый квантовый алгоритм решает эту проблему и лежит в основе квантового ПО. Он добавляет контролируемый шум к моделируемым частицам, чтобы симуляция не останавливалась. Этот подход можно применить к любому типу квантового оборудования: на основе атомов, ионов или даже искусственных атомов — сверхпроводящих кубитов.

Может произвести революцию в разработке лекарств

Квантовые технологии важны для создания новых лекарств. Но их применение ограничено без эффективного масштабирования квантовых симуляторов. Поэтому нужно понять, как квантовое программное обеспечение может помочь в этом. У нас есть решение, — говорит Маттиас Кристандл, профессор квантовой теории и руководитель центра Quantum for Life Centre.

Кристандл считает, что перспективы будут революционными, если получится создать квантовый симулятор. С его помощью можно будет моделировать на компьютере поведение нового лекарства в организме человека до экспериментов. Это изменит способ разработки и тестирования фармацевтических препаратов и ускорит путь от лаборатории до пациента.

Следующий шаг — проверка математического рецепта на квантовом оборудовании.

Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

03.10.2024