داخل المغرفة الداخلية لتكنولوجيا الكم: الحوسبة الكمومية ، وصناعة الأدوية ، والمواد الجديدة

مع أكثر من التي تزيد قيمتها عن 1.42 تريليون دولار. من حيث الإيرادات في جميع أنحاء الولايات المتحدة، تقدم صناعة الأدوية العديد من الفرص المربحة لشركات الحوسبة الكمومية. لأن تصميم الأدوية وإنشاء مواد جديدة يتم بحثها على أساس أ النطاق الجزيئي، فإن الموضوعات المعنية تصبح في الأساس أنظمة كمومية. وهذا يجعل من السهل على أجهزة الكمبيوتر الكمومية تحليل ومحاكاة هذه المواد لأن أجهزة الكمبيوتر هي أيضًا أنظمة كمومية. في حين يتم بالفعل تطبيق الحوسبة الكلاسيكية (عادةً بالاشتراك مع التعلم الآلي) لمحاكاة الأدوية، فإن الحوسبة الكمومية قد لا تبسط عملية الاكتشاف فحسب، بل قد تخلق أيضًا نقلة نوعية لصناعة الأدوية بأكملها.

تناقش الدكتورة نيكول هولزمان، مديرة علوم الكم في Riverlane، دور الحوسبة الكمومية في صناعة الأدوية. (كمبيوتر ريفرلين)

وأوضح أحد الباحثين أن "التنمية أمر أساسي للغاية لدرجة أن شركات الأدوية تنفق 15% من مبيعاتها على البحث والتطوير". 2021 مقال ماكينزي آند كومباني. يمكن للحوسبة الكمومية خفض هذه التكاليف بشكل كبير باستخدام عمليات المحاكاة في السيليكو التجارب السريرية. هنا، سيتم محاكاة المشاركين والعلاجات الدوائية المختلفة، مما يسمح للكمبيوتر الكمي باختبار بروتوكولات الأدوية وتحسين الحلول بطريقة أرخص وأكثر كفاءة. وتنظر عمليات المحاكاة الكمومية الأخرى إلى التفاعلات الجزيئية بين البروتينات من أجل التنبؤ بكيفية عمل الدواء. مؤخرًا بحث من شركة الحوسبة الكمومية ريفرلين أنشأ خوارزميات خاصة باستخدام تقنية التضمين لدراسة إنزيم هيدروجيناز وجزيء تيموبورفين المحسس للضوء. "نريد إيجاد طريقة لحساب الجزء النشط من الدواء داخل بيئة البروتين على الكمبيوتر الكمي"، أوضح مدير علوم الكم في Riverlane، الدكتور. نيكول هولزمان. "لكن هذا أمر صعب للغاية لأن الأنظمة كبيرة جدًا. ولهذا السبب نحتاج إلى إيجاد طريقة لعزل الجزء النشط من البروتين وحساب هذا الجزء الصغير على الكمبيوتر الكمي.

لقد قامت الحوسبة الكلاسيكية بالفعل بإنشاء محاكاة للأدوية عبر CADD (اكتشاف المخدرات بمساعدة الكمبيوتر). باستخدام CADD، يمكن للباحثين استخدام التعلم الآلي لإنشاء محاكاة للتفاعلات الجزيئية. ومع ذلك، فإن CADD له حدوده، حيث إنه يبحث في جميع البيانات، حتى الجزيئات التي قد تكون ذات "طريق مسدود". هذا القيد يمكن أن يخلق عنق الزجاجة لصناعة الأدوية، لأنه يحد من الجزيئات التي يمكن دراستها. باستخدام الكمبيوتر الكمي، يمكن تبسيط هذه العملية وأسرعها، مما يسمح بعملية اكتشاف أكثر سرعة. وبما أن تجارب الأدوية الفعلية لن يتم استبدالها بمحاكاة الأدوية، فإن عمليات المحاكاة الحاسوبية هذه يمكن أن تساعد في تحديد بروتوكولات العلاج المحتملة بطريقة أكثر فعالية من حيث التكلفة. قال هولتسمان: "إذا نظرت إلى دورة تصميم الدواء، فستجد أن تصميم الدواء يستغرق سنوات عديدة، مثل 12 عامًا". "إنها مكلفة للغاية. قد تبدأ بملايين الجزيئات، وفي النهاية، ستشعر بالسعادة إذا كان لديك عدد قليل من المرشحين المحتملين. وفي تلك العملية الطويلة، حيث يوجد الكثير من الخطوات التجريبية. قد لا تساعد الحوسبة الكمومية على تقليل هذه العملية بشكل كبير فحسب، بل قد تتسبب أيضًا في حدوث نقلة نوعية محتملة في صناعة الأدوية. ومع المزيد من القوة الحاسوبية، يمكن لأجهزة الكمبيوتر الكمومية أيضًا توسيع أنواع الأنظمة الجزيئية المحاكية لتشمل أشياء مثل الأجسام المضادة أو حتى الببتيدات بأكملها.

الجدول الزمني للحوسبة الكمومية في صناعة الأدوية

في حين أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية تقدم هذه الفوائد العديدة، فقد يستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن يتم تطبيقها بالكامل. أحد أسباب هذا التأخر هو قلة حالات الاستخدام. بينما تقوم شركات مثل Riverlane بتجربة حالات الاستخدام المحتملة (كما هو الحال في شراكتها مع كليهما أستكس للادوية و ريجيتي الحوسبة)، سيستغرق الأمر بعض الوقت لتطوير حالات استخدام كافية لاستخدام الحوسبة الكمومية. السبب الرئيسي الآخر لهذا التأخير الزمني هو تطوير الأجهزة. تعتبر أجهزة الكمبيوتر الكمومية الحالية التي يتم تطبيقها على مواد جديدة أو اكتشاف الأدوية NISQs (Noisy Intermediate Scale Quantum)، حيث لا تزال تحتوي على أخطاء ومشكلات أخرى. تعتقد شركة ماكينزي وشركاه أن أجهزة الكمبيوتر الكمومية الخالية من الأخطاء ستكون متاحة في المستقبل 2030، وسوف تحدث موجات كبيرة في صناعة الأدوية. الشركات مثل تألق الكم يأملون في استخدام أجهزة فريدة، مثل المسرعات الكمومية الماسية، للتغلب على تحديات الأجهزة هذه. وبالمثل، يحاول Riverlane حل هذه المشكلات. وأضاف هولزمان: "هذا مجال آخر حيث تبذل شركة Riverlane الكثير من الجهد لتصحيح الأخطاء التي تحدث على هذه الأجهزة". "لذا، لدينا الكثير من الكيوبتات التي تستخدمها في الحساب، وخلال هذه العملية الحسابية، سوف ينكسر بعضها. إنه يحدث، وسيحدث دائمًا، حتى لو كان لدينا آلات أفضل. ولجعل هذه الحسابات مفيدة، سنحتاج إلى معايرة هذه الأخطاء.

شركات الكم الأخرى مثل الكميات يتقدمون بالفعل لمحاولة تقصير الجدول الزمني. في الآونة الأخيرة، صدر الكم إنكوانتو، برنامج كيمياء حسابية كمومية مصمم خصيصًا للكيميائيين لاستخدام خوارزميات كمومية متعددة على كمبيوتر كمي. وأوضح باتريك مورهيد، الرئيس التنفيذي ورئيس محللي شركة Moor Insights and Strategy في شركة Quantinuum: "توفر الحوسبة الكمومية طريقًا للتطوير السريع والفعال من حيث التكلفة لجزيئات ومواد جديدة يمكن أن تطلق العنان لإجابات جديدة لبعض أكبر التحديات التي نواجهها". خبر صحفى. على الرغم من أن InQuanto هي الأولى من هذا النوع من المنصات، فمن المؤكد أنها لن تكون الأخيرة حيث تأمل الشركات الكمومية الأخرى في الاستفادة من قوتها الحاسوبية على المستوى الأرضي من خلال الشراكة مع شركات الأدوية المختلفة. ومع ظهور المزيد من هذه الشراكات، قد تتغير صناعة الأدوية إلى الأبد بفضل قوة الحوسبة الكمومية.

كينا هيوز-كاسلبيري هي كاتبة في Inside Quantum Technology و Science Communicator في JILA (شراكة بين جامعة كولورادو بولدر و NIST). تشمل إيقاعات كتابتها التكنولوجيا العميقة ، والميتافيرس ، والتكنولوجيا الكمومية.