Komputery kwantowe w odkrywaniu nowych leków

Jeśli zastanawiasz się, czym dokładnie są komputery kwantowe, to nie jesteś sam. Bill Gates opisał obliczenia kwantowe jako jeden z nielicznych obszarów, których nie do końca rozumie. Albert Einstein również nie czuł się komfortowo w mechanice kwantowej, pomimo że przygotowywał grunt pod tę naukę.

Moc obliczeniowa komputerów kwantowych

Tłumacząc w prosty sposób, tradycyjny komputer wykorzystuje same zera i jedynki do zapisu danych oraz wykonywania obliczeń. W komputerach kwantowych natomiast występuje dodatkowy stan, który pozwala na użycie zarówno zera, jak i jedynki. Dzięki wprowadzeniu tej dodatkowej opcji moc obliczeniowa komputerów kwantowych wzrasta w sposób wykładniczy w porównaniu do komputerów tradycyjnych. W obu przypadkach mówimy o tej samej liczbie bitów, które w komputerach kwantowych nazywane są kubitami. Ten dynamiczny wzrost mocy obliczeniowej przekłada się na nieograniczone możliwości w zakresie technologii informacyjnej.

Komputery kwantowe stanowią jak na razie jedyną drogę dalszego rozwoju po tym, jak pojedyncze tranzystory zmaleją już do rozmiarów rzędu kilku atomów i technicznie, nie będzie można ich już pomniejszyć. Przy zachowaniu obecnego tempa rozwoju nastąpi to gdzieś około 2030, skutkując zahamowaniem postępu, jaki do tej pory doświadczaliśmy. Po osiągnięciu tej bariery jedynie zwiększając rozmiary i koszty komputerów, będzie można nieznacznie zwiększyć ich moc obliczeniową.

Obliczenia kwantowe w pełni rozumie jedynie garstka fizyków na całym świecie. Problemem w dalszym ciągu pozostaje utrzymanie stanu kwantowego w normalnych warunkach. Dodatkowo nie zostały jeszcze przez informatyków opracowane metody programowania takich komputerów.

Koszt sekwencjonowania DNA

Komputery kwantowe mogłyby przyspieszyć sekwencjonowanie ludzkiego DNA. Po raz pierwszy udało się tego dokonać w 2003 roku i zajęło ówczesnym superkomputerom 13 lat nieustannych obliczeń. Projekt wykonywany był przez pracowników naukowych instytucji rządowych na 3 zmiany. Towarzyszył mu pośpiech, aby nie dopuścić do opatentowania cząsteczki ludzkiego DNA przez prywatne korporacje. Koszt całego projektu oszacowany został na około 3 miliardy dolarów. Obecnie każdy może w taki sam sposób zmapować swoje DNA w kwocie zaledwie kilku tysięcy dolarów. Szacuje się, że w przyszłości koszty sekwencjonowania DNA mogłyby spaść nawet do kwoty 10 dolarów – a więc ceny, jaką płaci się za zwykłe badanie krwi.

 

zapisanie ludzkiego DNA w tradycyjnej papierowej wersji
Tyle miejsca zajmuje zapisanie ludzkiego DNA w tradycyjnej papierowej wersji

Odkrywanie nowych leków z pomocą kwantowych komputerów

Wielu naukowców uważa, że odkrywanie nowych leków będzie pierwszym zastosowaniem przyszłych komputerów kwantowych. Dzięki obliczeniom kwantowym, testy kliniczne będzie można uprościć i częściowo przenieść w tryb online. Potencjalne leki nie byłyby badane w sposób doświadczalny, metodą prób i błędów a wykonywane by były symulacje komputerowe ich cząstek chemicznych. Znaczenie skróciłoby to czas wprowadzania nowych leków na rynek i zmieniło od podstaw proces ich odkrywania.

Nie tak dawno, badacze kwantowej informatyki IBM wykonali komputer składający się z sześciu kubitów w celu analizy cząsteczek wodoru, wodorku litu i wodorku berylu (BeH2).

„Z powodu błędów, które wkradły się do obliczeń kwantowych, wyniki nie są idealnie dokładne, ale pomagają chemikom lepiej zrozumieć znane molekuły i odkrywać nowe” – powiedział Jerry Chow, który prowadzi obliczenia kwantowe IBM.

6-bitowy komputer kwantowy
6-bitowy komputer kwantowy, Zdj.IMB – www.ibm.com

BeH2 jest maleńką cząsteczką, a nowe leki, zawierają zazwyczaj od 50 do 80 atomów. Białka komórkowe, z którymi takie leki mogą wchodzić w interakcje, zawierają nawet tysiące atomów.

Należy jednak pamiętać, że mówimy o zaledwie kilku kubitach. Ciężko sobie wyobrazić jakie możliwości mogą nam dać komputery wyposażone w moc obliczeniową rzędu Mega- albo Tera- kubitów.

Daj znać, jeśli spodobał Ci się artykuł oraz napisz komentarz, aby czytelnicy mogli poznać Twoją opinię.