By Kenna Hughes-Castleberry objavljeno 06. oktober 2022
z več $ 1.42 bilijona farmacevtska industrija predstavlja veliko donosnih priložnosti za podjetja s kvantnim računalništvom. Ker se načrtovanje zdravil in ustvarjanje novih materialov raziskujeta na a molekularna lestvica, zadevni subjekti v bistvu postanejo kvantni sistemi. To bistveno olajša kvantnim računalnikom analizo in simulacijo teh materialov, saj so računalniki tudi kvantni sistemi. Medtem ko se klasično računalništvo že uporablja (običajno v kombinaciji s strojnim učenjem) za simulacije zdravil, lahko kvantno računalništvo ne le poenostavi proces odkrivanja, ampak lahko tudi ustvari premik paradigme za celotno farmacevtsko industrijo.
Vodja kvantne znanosti Riverlane dr. Nicole Holzmann razpravlja o vlogi kvantnega računalništva v farmacevtski industriji. (PC Riverlane)
»Razvoj je tako temeljnega pomena, da farmacija porabi celih 15 odstotkov lastne prodaje za raziskave in razvoj,« je pojasnil 2021 Članek McKinsey and Company. Kvantno računalništvo lahko bistveno zniža te stroške z uporabo simulacij za in-silico kliničnih preskušanj. Tu bi bili simulirani udeleženci in različna zdravljenja z zdravili, kar bi kvantnemu računalniku omogočilo testiranje protokolov za zdravila in optimizacijo za rešitve na cenejši in učinkovitejši način. Druge kvantne simulacije obravnavajo molekularne interakcije med proteini, da bi napovedali, kako bi lahko zdravilo delovalo. Nedavno Raziskave iz podjetja za kvantno računalništvo Riverlane ustvaril posebne algoritme z uporabo tehnike vdelave za preučevanje encima hidrogenaze in fotosenzibilizatorske molekule temoporfina. "Želimo najti način za izračun aktivnega dela zdravila v beljakovinskem okolju na kvantnem računalniku," je pojasnil vodja kvantne znanosti Riverlane, dr. Nicole Holzmann. »Vendar je to zelo težko narediti, ker so sistemi super veliki. Zato moramo najti način, kako izolirati aktivni del proteina in izračunati to malo na kvantnem računalniku.
Klasično računalništvo že ustvarja simulacije zdravil prek CADD (Računalniško podprto odkrivanje zdravil). S CADD lahko raziskovalci uporabijo strojno učenje za ustvarjanje simulacij molekularnih interakcij. Vendar ima CADD svoje omejitve, saj pregleduje vse podatke, tudi morebitne "slepe" molekule. Ta omejitev lahko ustvari ozko grlo za farmacevtsko industrijo, saj omejuje, katere molekule je mogoče preučevati. S kvantnim računalnikom je ta proces lahko poenostavljen in hitrejši, kar omogoča hitrejši proces odkrivanja. Ker dejanskih preskušanj zdravil ne bodo nadomestile simulacije zdravil, lahko te računalniške simulacije pomagajo natančno določiti možne protokole zdravljenja na veliko bolj stroškovno učinkovit način. "Če pogledate cikel načrtovanja zdravila, traja veliko, veliko let, na primer 12 let, da se oblikuje zdravilo," je dejal Holzmann. »Je zelo, zelo drago. Lahko začnete z milijoni molekul in na koncu ste srečni, če imate peščico potencialnih kandidatov. In v tem dolgem procesu, kjer je veliko eksperimentalnih korakov.« Kvantno računalništvo morda ne le pomaga znatno zmanjšati ta proces, ampak lahko povzroči tudi potencialno spremembo paradigme v farmacevtski industriji. Z večjo računalniško močjo lahko kvantni računalniki tudi razširijo vrste simuliranih molekularnih sistemov, da vključujejo stvari, kot so protitelesa ali celo celotne peptide.
Časovnica za kvantno računalništvo v farmacevtski industriji
Čeprav kvantni računalniki ponujajo te številne prednosti, bo morda minilo nekaj časa, preden jih bo mogoče v celoti uporabiti. Eden od razlogov za to zaostajanje je pomanjkanje primerov uporabe. Medtem ko podjetja, kot je Riverlane, eksperimentirajo z možnimi primeri uporabe (na primer v partnerstvu z obema Astex Pharmaceuticals in Računalništvo Rigetti), bo trajalo nekaj časa, da se razvije dovolj primerov uporabe za uporabo kvantnega računalništva. Drugi glavni razlog za to časovno zamudo je razvoj strojne opreme. Trenutni kvantni računalniki, ki se uporabljajo za nove materiale ali odkrivanje zdravil, veljajo za NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum), kjer še vedno vsebujejo napake in druge težave. McKinsey and Company verjameta, da bodo kvantni računalniki brez napak na voljo še dlje 2030, in bo povzročil velik val v farmacevtski industriji. Podjetja kot Kvantna briljantnost upajo, da bodo za premagovanje teh izzivov strojne opreme uporabili edinstveno strojno opremo, kot so diamantni kvantni pospeševalnik. Riverlane je podobno, poskuša rešiti ta vprašanja. "To je še eno področje, kjer si Riverlane zelo prizadeva popraviti napake, ki se zgodijo na teh strojih," je dodal Holzmann. »Torej, imamo veliko kubitov, ki jih uporabljate za računanje, in med tem računanjem se bodo nekateri od njih pokvarili. Samo zgodi se, vedno se bo dogajalo, tudi če bomo imeli boljše stroje. Da bo ta izračun uporaben, bomo morali te napake umeriti.«
Druga kvantna podjetja, kot je Quantinuum si že prizadevajo, da bi poskušali skrajšati časovnico. Pred kratkim je izšel Quantinuum InQuanto, programska oprema za kvantno računalniško kemijo, posebej zasnovana za kemike za uporabo več kvantnih algoritmov na kvantnem računalniku. »Kvantno računalništvo ponuja pot do hitrega in stroškovno učinkovitega razvoja novih molekul in materialov, ki bi lahko odkrili nove odgovore na nekatere največje izzive, s katerimi se soočamo,« je pojasnil Patrick Moorhead, izvršni direktor in glavni analitik Moor Insights and Strategy v podjetju Quantinuum. sporočilo za javnost. Čeprav je InQuanto prva tovrstna platforma, zagotovo ne bo zadnja, saj druga kvantna podjetja upajo, da bodo svojo računalniško moč izkoristila na osnovni ravni s partnerstvom z različnimi farmacevtskimi podjetji. Ko se bo pojavilo več teh partnerstev, bo farmacevtska industrija morda za vedno spremenjena z močjo kvantnega računalništva.
Kenna Hughes-Castleberry je zaposlena pisateljica pri Inside Quantum Technology in znanstveni komunikator pri JILA (partnerstvo med Univerzo Colorado Boulder in NIST). Njeni utripi pisanja vključujejo globoko tehnologijo, metaverzum in kvantno tehnologijo.
