By เคนน่า ฮิวจส์-คาสเซิลเบอร์รี่ โพสต์เมื่อ 06 ต.ค. 2022
ที่มีมากกว่า $ 1.42 ล้านล้าน ในรายได้ทั่วสหรัฐอเมริกา อุตสาหกรรมยานำเสนอโอกาสที่ร่ำรวยมากมายสำหรับบริษัทคอมพิวเตอร์ควอนตัม เนื่องจากการออกแบบยาและการสร้างวัสดุใหม่ๆ ระดับโมเลกุลวิชาที่เป็นปัญหากลายเป็นระบบควอนตัมโดยพื้นฐานแล้ว สิ่งนี้ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถวิเคราะห์และจำลองวัสดุเหล่านี้ได้ง่ายขึ้นอย่างมาก เนื่องจากคอมพิวเตอร์เป็นระบบควอนตัมเช่นกัน แม้ว่าคอมพิวเตอร์แบบคลาสสิกจะถูกนำไปใช้ (โดยปกติจะใช้ร่วมกับการเรียนรู้ของเครื่อง) กับการจำลองยา แต่การคำนวณแบบควอนตัมอาจไม่เพียงทำให้กระบวนการค้นพบคล่องตัวขึ้นเท่านั้น แต่ยังอาจสร้าง ปรับเปลี่ยนกระบวนทัศน์ สำหรับอุตสาหกรรมยาทั้งหมด
Dr. Nicole Holzmann ผู้จัดการ Riverlane ของ Quantum Science กล่าวถึงบทบาทของควอนตัมคอมพิวติ้งในอุตสาหกรรมยา (พีซี ริเวอร์เลน)
“การพัฒนาเป็นพื้นฐานที่ฟาร์มาใช้จ่าย 15 เปอร์เซ็นต์ของยอดขายทั้งหมดไปกับการวิจัยและพัฒนา” อธิบาย 2021 บทความของแมคคินซีย์และบริษัท การคำนวณด้วยควอนตัมสามารถลดต้นทุนเหล่านี้ได้อย่างมากโดยใช้การจำลองสำหรับ ในซิลิโค การทดลองทางคลินิก ที่นี่ ผู้เข้าร่วมและการรักษาด้วยยาต่างๆ จะถูกจำลองขึ้น ทำให้คอมพิวเตอร์ควอนตัมสามารถทดสอบโปรโตคอลยาและปรับให้เหมาะสมสำหรับโซลูชันด้วยวิธีที่ถูกกว่าและมีประสิทธิภาพมากขึ้น การจำลองควอนตัมอื่น ๆ ดูที่ปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลระหว่างโปรตีนเพื่อทำนายว่ายาอาจทำงานอย่างไร ล่าสุด การวิจัย จากบริษัทควอนตัมคอมพิวเตอร์ ริเวอร์เลน สร้างอัลกอริทึมพิเศษโดยใช้เทคนิคการฝังเพื่อศึกษาเอนไซม์ไฮโดรจีเนสและโมเลกุลไวแสงเทโมพอร์ฟิน “เราต้องการหาวิธีคำนวณส่วนที่ออกฤทธิ์ของยาภายในสภาพแวดล้อมที่มีโปรตีนบนคอมพิวเตอร์ควอนตัม” ดร. ผู้จัดการฝ่าย Quantum Science ของ Riverlane อธิบาย นิโคล โฮลซ์มันน์. “แต่สิ่งนี้ทำได้ยากมากเพราะระบบมีขนาดใหญ่มาก นั่นเป็นเหตุผลที่เราต้องหาวิธีแยกส่วนที่ใช้งานของโปรตีนและคำนวณส่วนเล็กน้อยนั้นบนคอมพิวเตอร์ควอนตัม”
การคำนวณแบบคลาสสิกได้สร้างการจำลองยาผ่านทาง คนถ่อย (คอมพิวเตอร์ช่วยค้นหายา). ด้วย CADD นักวิจัยสามารถใช้การเรียนรู้ของเครื่องเพื่อสร้างการจำลองปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุล อย่างไรก็ตาม CADD ก็มีข้อจำกัด เนื่องจากจะดูข้อมูลทั้งหมด แม้กระทั่งโมเลกุล "ทางตัน" ที่เป็นไปได้ ข้อจำกัดนี้อาจสร้างปัญหาคอขวดให้กับอุตสาหกรรมยา เนื่องจากจำกัดว่าโมเลกุลใดที่สามารถศึกษาได้ ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัม กระบวนการนี้สามารถปรับปรุงให้คล่องตัวและรวดเร็วขึ้น ทำให้สามารถค้นพบได้เร็วขึ้น การทดลองยาจริงจะไม่ถูกแทนที่ด้วยการจำลองยา การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์เหล่านี้สามารถช่วยระบุโปรโตคอลการรักษาที่เป็นไปได้ในลักษณะที่คุ้มค่ากว่ามาก “ถ้าคุณดูที่วงจรการออกแบบยา มันต้องใช้เวลาหลายปี หลายปี เช่น 12 ปีในการออกแบบยา” Holzmann กล่าว “มันแพงมาก คุณอาจเริ่มด้วยโมเลกุลนับล้านๆ โมเลกุล และท้ายที่สุด คุณก็มีความสุขถ้าคุณมีตัวเลือกที่เป็นไปได้จำนวนหนึ่ง และในกระบวนการที่ยาวนานนั้นมีขั้นตอนการทดลองมากมาย” การคำนวณด้วยควอนตัมอาจไม่เพียงช่วยลดขั้นตอนนี้ลงอย่างมาก แต่ยังอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์ในอุตสาหกรรมยา ด้วยพลังการประมวลผลที่มากขึ้น คอมพิวเตอร์ควอนตัมยังสามารถขยายประเภทของระบบโมเลกุลจำลองเพื่อรวมสิ่งต่างๆ เช่น แอนติบอดี หรือแม้แต่เปปไทด์ทั้งหมด
เส้นเวลาสำหรับควอนตัมคอมพิวเตอร์ในอุตสาหกรรมยา
แม้ว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมจะมีประโยชน์มากมายเหล่านี้ แต่อาจต้องใช้เวลาสักระยะหนึ่งก่อนที่จะนำไปใช้ได้อย่างเต็มที่ หนึ่งในสาเหตุของความล่าช้านี้คือการขาดกรณีการใช้งาน ขณะที่บริษัทต่างๆ เช่น Riverlane กำลังทดลองใช้กรณีการใช้งานที่เป็นไปได้ (เช่น ในการเป็นหุ้นส่วนกับทั้งสองบริษัท แอสเท็กซ์ ฟาร์มาซูติคอลส์ และ คอมพิวเตอร์ Rigetti) จะใช้เวลาระยะหนึ่งในการพัฒนากรณีการใช้งานให้เพียงพอเพื่อใช้คอมพิวเตอร์ควอนตัม สาเหตุหลักอื่น ๆ ที่ทำให้เวลาล่าช้าคือการพัฒนาฮาร์ดแวร์ คอมพิวเตอร์ควอนตัมปัจจุบันที่ใช้กับวัสดุใหม่หรือการค้นพบยาถือเป็น สคส (Noisy Intermediate Scale Quantum) ซึ่งยังมีข้อผิดพลาดและปัญหาอื่นๆ McKinsey and Company เชื่อว่าคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ปราศจากข้อผิดพลาดจะสามารถใช้งานได้ในอนาคต 2030และจะสร้างคลื่นลูกใหญ่ในอุตสาหกรรมยา บริษัทเช่น ความฉลาดของควอนตัม หวังว่าจะได้ใช้ฮาร์ดแวร์ที่ไม่เหมือนใคร เช่น ตัวเร่งความเร็วควอนตัมเพชร เพื่อเอาชนะความท้าทายด้านฮาร์ดแวร์เหล่านี้ ริเวอร์เลนก็พยายามแก้ไขปัญหาเหล่านี้เช่นเดียวกัน “นั่นเป็นอีกส่วนที่ Riverlane พยายามอย่างมากเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นกับเครื่องเหล่านี้” Holzmann กล่าวเสริม “ดังนั้นเราจึงมีคิวบิตจำนวนมากที่คุณใช้สำหรับการคำนวณ และระหว่างการคำนวณนั้น คิวบิตบางส่วนจะเสียหาย มันเกิดขึ้น มันจะเกิดขึ้นเสมอ แม้ว่าเราจะมีเครื่องจักรที่ดีกว่า เพื่อให้การคำนวณนี้มีประโยชน์ เราจะต้องสอบเทียบข้อผิดพลาดเหล่านี้”
บริษัทควอนตัมอื่นๆ เช่น ควอนตินัม กำลังผลักดันไปข้างหน้าเพื่อพยายามลดระยะเวลาให้สั้นลง เมื่อเร็ว ๆ นี้ Quantinuum เปิดตัว อินควอนโตซึ่งเป็นซอฟต์แวร์เคมีเชิงคำนวณเชิงควอนตัมที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับนักเคมีเพื่อใช้อัลกอริทึมควอนตัมหลายชุดในคอมพิวเตอร์ควอนตัม “ควอนตัมคอมพิวติ้งเป็นเส้นทางสู่การพัฒนาโมเลกุลและวัสดุใหม่ๆ ที่รวดเร็วและประหยัดต้นทุน ซึ่งสามารถไขคำตอบใหม่ๆ ให้กับความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดที่เราเผชิญอยู่” แพทริก มัวร์เฮด ซีอีโอและหัวหน้านักวิเคราะห์ของ Moor Insights and Strategy ใน Quantinuum's อธิบาย กดปล่อย. แม้ว่า InQuanto จะเป็นแพลตฟอร์มแรกในลักษณะนี้ แต่จะไม่ใช่แพลตฟอร์มสุดท้ายอย่างแน่นอน เนื่องจากบริษัทควอนตัมรายอื่น ๆ หวังที่จะใช้ประโยชน์จากพลังการประมวลผลในระดับพื้นฐานด้วยการร่วมมือกับบริษัทยาหลายแห่ง เมื่อความร่วมมือเหล่านี้เกิดขึ้นมากขึ้น อุตสาหกรรมยาอาจเปลี่ยนแปลงไปตลอดกาลด้วยพลังของคอมพิวเตอร์ควอนตัม
Kenna Hughes-Castleberry เป็นนักเขียนที่ Inside Quantum Technology และ Science Communicator ที่ JILA (ความร่วมมือระหว่าง University of Colorado Boulder และ NIST) จังหวะการเขียนของเธอมีทั้ง Deep Tech, Metaverse และเทคโนโลยีควอนตัม
