By Кенна Хьюз-Кастлберри опубликовано 06 окт 2022
С более $ 1.42 трлн Фармацевтическая промышленность предоставляет множество прибыльных возможностей для компаний, занимающихся квантовыми вычислениями. Поскольку разработка лекарств и создание новых материалов исследуются на молекулярный масштаб, рассматриваемые субъекты по сути становятся квантовыми системами. Это значительно облегчает квантовым компьютерам анализ и моделирование этих материалов, поскольку компьютеры также являются квантовыми системами. В то время как классические вычисления уже применяются (обычно в сочетании с машинным обучением) для моделирования лекарств, квантовые вычисления могут не только упростить процесс открытия, но и создать парадигмы для всей фармацевтической промышленности.
Менеджер отдела квантовых наук Riverlane д-р Николь Хольцманн обсуждает роль квантовых вычислений в фармацевтической промышленности. (ПК Риверлейн)
«Развитие настолько фундаментально важно, что фармацевтические компании тратят полные 15 процентов своих продаж на исследования и разработки», — пояснил один из руководителей компании. 2021 Статья McKinsey and Company. Квантовые вычисления могут значительно снизить эти затраты, используя моделирование для in-silico клинические испытания. Здесь будут моделироваться участники и различные методы лечения лекарствами, что позволит квантовому компьютеру тестировать протоколы приема лекарств и оптимизировать решения более дешевым и эффективным способом. Другие квантовые модели рассматривают молекулярные взаимодействия между белками, чтобы предсказать, как может действовать лекарство. Недавний исследованиям от компании квантовых вычислений Риверлейн создали специальные алгоритмы с использованием метода встраивания для изучения фермента гидрогеназы и молекулы фотосенсибилизатора темопорфина. «Мы хотим найти способ расчета активной части лекарства в белковой среде с помощью квантового компьютера», — объяснил менеджер по квантовым наукам компании Riverlane доктор К. Николь Хольцманн. «Но это очень сложно сделать, потому что системы очень большие. Вот почему нам нужно найти способ изолировать активную часть белка и рассчитать ее на квантовом компьютере».
Классические компьютеры уже создают симуляции наркотиков с помощью CADD (Компьютерное открытие лекарств). С помощью CADD исследователи могут использовать машинное обучение для моделирования молекулярных взаимодействий. Однако у CADD есть свои ограничения, поскольку он просматривает все данные, даже возможные «тупиковые» молекулы. Это ограничение может стать узким местом для фармацевтической промышленности, поскольку ограничивает количество молекул, которые можно изучать. С помощью квантового компьютера этот процесс можно упростить и ускорить, что позволит ускорить процесс открытия. Поскольку реальные испытания лекарств не будут заменены моделированием лекарств, такое компьютерное моделирование может помочь определить потенциальные протоколы лечения гораздо более экономичным способом. «Если вы посмотрите на цикл разработки лекарств, то увидите, что разработка лекарства занимает много-много лет, например, 12 лет», — заявил Хольцманн. «Это очень, очень дорого. Вы можете начать с миллионов молекул и, в конце концов, будете счастливы, если у вас появится несколько потенциальных кандидатов. И в этом долгом процессе, где есть много экспериментальных шагов». Квантовые вычисления могут не только помочь значительно сократить этот процесс, но и вызвать потенциальный сдвиг парадигмы в фармацевтической промышленности. Обладая большей вычислительной мощностью, квантовые компьютеры также могут расширить типы моделируемых молекулярных систем, включив в них такие вещи, как антитела или даже целые пептиды.
График внедрения квантовых вычислений в фармацевтической промышленности
Хотя квантовые компьютеры предлагают множество преимуществ, может пройти некоторое время, прежде чем их можно будет полностью применить. Одной из причин такого отставания является отсутствие вариантов использования. В то время как такие компании, как Riverlane, экспериментируют с возможными вариантами использования (например, в рамках партнерства с обеими Астекс Фармасьютикалс и Rigetti Computing), потребуется некоторое время, чтобы разработать достаточно вариантов использования квантовых вычислений. Другая основная причина этой задержки — разработка аппаратного обеспечения. Современные квантовые компьютеры, которые применяются для создания новых материалов или открытия лекарств, считаются NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum), где они по-прежнему содержат ошибки и другие проблемы. McKinsey и компания полагают, что безошибочные квантовые компьютеры будут доступны за пределами 2030и произведет большой фурор в фармацевтической промышленности. Такие компании, как Квантовая яркость надеются использовать уникальное оборудование, такое как алмазные квантовые ускорители, для решения этих аппаратных проблем. Риверлейн аналогичным образом пытается решить эти проблемы. «Это еще одна область, в которой Riverlane прилагает много усилий для исправления ошибок, возникающих на этих машинах», — добавил Хольцманн. «Итак, у нас есть много кубитов, которые вы используете для вычислений, и во время этих вычислений некоторые из них сломаются. Такое просто случается, это всегда будет происходить, даже если у нас будут машины получше. Чтобы сделать эти вычисления полезными, нам нужно будет выполнить калибровку с учетом этих ошибок».
Другие квантовые компании, такие как квантинуум уже продвигаются вперед, пытаясь сократить сроки. Недавно Quantinuum выпустил Инкуанто, программное обеспечение для квантовой вычислительной химии, специально разработанное для химиков, позволяющее использовать несколько квантовых алгоритмов на квантовом компьютере. «Квантовые вычисления открывают путь к быстрой и экономически эффективной разработке новых молекул и материалов, которые могут открыть новые ответы на некоторые из самых серьезных проблем, с которыми мы сталкиваемся», — объяснил Патрик Мурхед, генеральный директор и главный аналитик Moor Insights and Strategy в Quantinuum. пресс-релизе. Хотя InQuanto является первой платформой такого рода, она, конечно, не будет последней, поскольку другие квантовые компании надеются использовать свои вычислительные мощности на базовом уровне, сотрудничая с различными фармацевтическими компаниями. По мере того, как таких партнерств будет больше, фармацевтическая промышленность может навсегда измениться благодаря силе квантовых вычислений.
Кенна Хьюз-Кастлберри — штатный писатель Inside Quantum Technology и научный коммуникатор JILA (партнерство между Колорадским университетом в Боулдере и NIST). Ее писательские приемы включают в себя глубокие технологии, метавселенную и квантовые технологии.
