By Kenna Hughes-Castleberry đăng ngày 06 tháng 2022 năm XNUMX
Với hơn 1.42 $ nghìn tỷ về doanh thu trên khắp Hoa Kỳ, ngành dược phẩm mang đến nhiều cơ hội sinh lợi cho các công ty điện toán lượng tử. Bởi vì thiết kế thuốc và tạo ra các vật liệu mới được nghiên cứu trên một quy mô phân tử, các đối tượng được đề cập về cơ bản trở thành các hệ lượng tử. Điều này giúp máy tính lượng tử phân tích và mô phỏng các vật liệu này dễ dàng hơn nhiều vì máy tính cũng là hệ thống lượng tử. Trong khi điện toán cổ điển đã được áp dụng (thường kết hợp với máy học) để mô phỏng thuốc, điện toán lượng tử không chỉ hợp lý hóa quá trình khám phá mà còn có thể tạo ra một chuyển đổi mô hình cho toàn bộ ngành công nghiệp dược phẩm.
Tiến sĩ Nicole Holzmann, Giám đốc Khoa học Lượng tử của Riverlane thảo luận về vai trò của điện toán lượng tử trong ngành dược phẩm. (PC Riverlane)
“Phát triển là nền tảng đến mức dược phẩm dành toàn bộ 15% doanh số bán hàng của mình cho R&D,” một chuyên gia giải thích. 2021 Bài viết của McKinsey và Công ty. Điện toán lượng tử có thể giảm đáng kể các chi phí này bằng cách sử dụng mô phỏng cho trong-silico các thử nghiệm lâm sàng. Tại đây, những người tham gia và các phương pháp điều trị bằng thuốc khác nhau sẽ được mô phỏng, cho phép máy tính lượng tử thử nghiệm các phác đồ dùng thuốc và tối ưu hóa các giải pháp theo cách rẻ hơn và hiệu quả hơn. Các mô phỏng lượng tử khác xem xét các tương tác phân tử giữa các protein để dự đoán cách một loại thuốc có thể hoạt động. Gần đây nghiên cứu từ công ty điện toán lượng tử đường sông đã tạo ra các thuật toán đặc biệt bằng cách sử dụng kỹ thuật nhúng để nghiên cứu enzyme hydroase và phân tử chất cảm quang temoporfin. “Chúng tôi muốn tìm cách tính toán một phần hoạt tính của thuốc trong môi trường protein trên máy tính lượng tử,” Giám đốc Khoa học Lượng tử của Riverlane, Tiến sĩ. Nicole Holzmann. “Nhưng điều này rất khó thực hiện vì hệ thống siêu lớn. Vì vậy, đó là lý do tại sao chúng ta cần tìm cách cô lập phần hoạt động của protein và tính toán phần nhỏ đó trên máy tính lượng tử.”
Máy tính cổ điển đã tạo ra các mô phỏng thuốc thông qua CADD (Khám phá thuốc có sự hỗ trợ của máy tính). Với CADD, các nhà nghiên cứu có thể sử dụng máy học để tạo mô phỏng các tương tác phân tử. Tuy nhiên, CADD có giới hạn của nó, vì nó xem xét tất cả dữ liệu, thậm chí cả các phân tử “ngõ cụt” có thể xảy ra. Hạn chế này có thể tạo ra một nút thắt cổ chai cho ngành công nghiệp dược phẩm, vì nó hạn chế những phân tử nào có thể được nghiên cứu. Với máy tính lượng tử, quá trình này có thể được sắp xếp hợp lý và nhanh hơn, cho phép quá trình khám phá tăng tốc hơn. Với các thử nghiệm thuốc thực tế sẽ không được thay thế bằng mô phỏng thuốc, những mô phỏng máy tính này có thể giúp xác định các phác đồ điều trị tiềm năng theo cách tiết kiệm chi phí hơn nhiều. Holzmann nói: “Nếu bạn nhìn vào chu kỳ thiết kế thuốc, phải mất rất nhiều năm, chẳng hạn như 12 năm để thiết kế một loại thuốc. “Nó rất, rất đắt. Bạn có thể bắt đầu với hàng triệu phân tử và cuối cùng, bạn rất vui nếu bạn có một số ứng cử viên tiềm năng. Và trong quá trình dài đó, có rất nhiều bước thử nghiệm.” Điện toán lượng tử có thể không chỉ giúp cắt giảm đáng kể quá trình này mà còn có thể gây ra sự thay đổi mô hình tiềm năng trong ngành dược phẩm. Với nhiều khả năng tính toán hơn, máy tính lượng tử cũng có thể mở rộng các loại hệ thống phân tử mô phỏng để bao gồm những thứ như kháng thể hoặc thậm chí toàn bộ peptide.
Dòng thời gian cho điện toán lượng tử trong ngành dược phẩm
Mặc dù máy tính lượng tử mang lại nhiều lợi ích này, nhưng có thể phải mất một thời gian trước khi chúng có thể được áp dụng đầy đủ. Một trong những lý do cho sự chậm trễ này là thiếu các trường hợp sử dụng. Trong khi các công ty như Riverlane đang thử nghiệm các trường hợp sử dụng khả thi (chẳng hạn như trong quan hệ đối tác của họ với cả hai Dược phẩm Astex và Máy tính Rigetti), sẽ mất một thời gian để phát triển đủ các trường hợp sử dụng để sử dụng điện toán lượng tử. Lý do chính khác cho sự chậm trễ này là sự phát triển phần cứng. Các máy tính lượng tử hiện tại đang được áp dụng cho các vật liệu mới hoặc khám phá thuốc được coi là NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum), nơi chúng vẫn chứa lỗi và các vấn đề khác. McKinsey và Công ty tin rằng máy tính lượng tử không có lỗi sẽ có sẵn ngoài 2030, và sẽ tạo ra làn sóng lớn trong ngành dược phẩm. Các công ty như Lượng tử rực rỡ đang hy vọng sử dụng phần cứng độc đáo, như máy gia tốc lượng tử kim cương, để vượt qua những thách thức phần cứng này. Riverlane cũng vậy, cố gắng giải quyết những vấn đề này. “Đó là một lĩnh vực khác mà Riverlane đang nỗ lực rất nhiều để sửa lỗi xảy ra trên những chiếc máy này,” Holzmann nói thêm. “Vì vậy, chúng tôi có rất nhiều qubit mà bạn sử dụng để tính toán và trong quá trình tính toán đó, một số qubit sẽ bị hỏng. Nó chỉ xảy ra, nó sẽ luôn xảy ra, ngay cả khi chúng ta có máy móc tốt hơn. Để làm cho tính toán này trở nên hữu ích, chúng tôi sẽ cần hiệu chỉnh các lỗi này.”
Các công ty lượng tử khác như Chân không lượng tử đang tiến lên phía trước để thử và rút ngắn thời gian. Gần đây, Quantinuum đã phát hành trong lượng, một phần mềm hóa học tính toán lượng tử được thiết kế đặc biệt cho các nhà hóa học để sử dụng nhiều thuật toán lượng tử trên máy tính lượng tử. Patrick Moorhead, Giám đốc điều hành và Nhà phân tích trưởng của Moor Insights and Strategy tại Quantinuum, giải thích: “Điện toán lượng tử cung cấp một con đường dẫn đến sự phát triển nhanh chóng và tiết kiệm chi phí của các phân tử và vật liệu mới có thể mở ra những câu trả lời mới cho một số thách thức lớn nhất mà chúng ta gặp phải. nhấn phát hành. Mặc dù InQuanto là nền tảng đầu tiên của loại nền tảng này, nhưng nó chắc chắn sẽ không phải là nền tảng cuối cùng vì các công ty lượng tử khác hy vọng sẽ tận dụng sức mạnh tính toán của họ ở cấp cơ sở bằng cách hợp tác với các công ty dược phẩm khác nhau. Khi có nhiều mối quan hệ đối tác này xảy ra, ngành công nghiệp dược phẩm có thể bị thay đổi mãi mãi bởi sức mạnh điện toán lượng tử.
Kenna Hughes-Castleberry là nhà văn nhân viên của Inside Quantum Technology và Science Communicator tại JILA (hợp tác giữa Đại học Colorado Boulder và NIST). Những nhịp điệu viết lách của cô ấy bao gồm công nghệ sâu, siêu nghịch đảo và công nghệ lượng tử.
