Квантовые алгоритмы применили в биологии

Российские ученые нашли практическое применение квантовых алгоритмов в области вычислительной биологии. Исследователи прогнозируют скорое внедрение квантовых алгоритмов в моделирование биомолекул и производство новых лекарств. Результаты опубликованы в журнале Nature Computational Science.

Квантовый компьютер сможет ускорить алгоритмы оптимизации и машинного обучения при обработке биологических данных. Так, одни из ключевых задач квантовой химии — изучение биохимических реакций и точная характеристика биологических систем на молекулярном уровне — могут быть решены в ином масштабе, чем при использовании классических вычислительных устройств.

Например, внедрение квантовых алгоритмов способствует более детальному пониманию нитрогеназы — фермента, осуществляющего процесс фиксации атмосферного азота. Нитрогеназа играет важную роль в обогащении почвы и водоемов связанным азотом, что необходимо для поддержания жизнедеятельности растений и микроорганизмов. В промышленности особый интерес представляет взаимодействие нитрогеназы с FeMo-кофактором, моделирование которого позволит значительно повысить эффективность производства аммиака, на которую тратится до 3% от всей перерабатываемой мировой энергии.

Ученые из Российского квантового центра, МФТИ и Сколтеха обратили внимание на то, что поиск белковых структур с использованием квантовых алгоритмов даст возможность качественно ускорить создание новых лекарств. Исследователи связывают потенциальный прорыв с внедрением искусственного интеллекта, как это было ранее продемонстрировано DeepMind, квантовыми вычислениями, а также их синергией.

«Все эти задачи в данный момент решаются на модельном уровне, но пока не на том масштабе данных, чтобы извлечь из этого промышленную пользу. Можно полагать, что мы увидим первые значимые результаты от применения квантовых алгоритмов в области биоинформатики на горизонте 2–3 лет. Следующий шаг после этого будет связан с промышленным внедрением квантовых компьютеров и масштабированием их применений», — рассказывает соавтор статьи, руководитель научной группы «Квантовые информационные технологии» Российского квантового центра и профессор МФТИ Алексей Федоров.