Квантовая эра в фармацевтике: инновации, меняющие мир

Крупнейшие фармацевтические компании мира активно инвестируют в квантовые вычисления. В 2023 году компании Moderna и IBM заключили партнерство для изучения квантовых вычислений и генеративного ИИ, аналогичное сотрудничество установили AstraZeneca и Sanofi с SandboxAQ, дочерней компанией Alphabet.

Квантовые вычисления обладают значительным преимуществом в скорости обработки данных. В 2019 году эксперимент показал, что квантовому компьютеру потребовалось всего 200 секунд для решения задачи, на которую классическому суперкомпьютеру потребовалось бы 10 000 лет. Хотя сегодняшние квантовые компьютеры еще ограничены в мощности, их потенциал в области здравоохранения огромен. Они могут способствовать ранней диагностике, ускорению разработки вакцин и персонализированному лечению.

Квантовые алгоритмы способны обрабатывать большие и сложные наборы данных, интегрируя геномику и другие научные данные для более точных прогнозов. Эти технологии могут решать проблемы с укладкой белков, прогнозировать взаимодействие лигандов и белков и ускорять разработку лекарств. Оптимизация данных пациентов также может ускорить клинические исследования и развитие персонализированной медицины. В августе 2023 года Pfizer и IBM начали сотрудничество для интеграции генеративного ИИ и квантовых вычислений с целью улучшения клинических испытаний.

Особенности квантовых частиц дают квантовым компьютерам значительные преимущества. В отличие от классических компьютеров, которые используют биты, квантовые компьютеры используют кубиты, которые могут находиться в нескольких состояниях одновременно. Это позволяет квантовым компьютерам обрабатывать огромные объемы данных и предлагать множество потенциальных решений.

Фармацевтические компании стремятся использовать это преимущество для быстрой оценки молекулярных целей и изучения укладки белков. Например, Boehringer Ingelheim использует квантовые алгоритмы для изучения поведения малых молекул вблизи белков.

Однако, прежде чем квантовые вычисления смогут полностью реализовать свой потенциал, необходимо решить проблемы с аппаратным обеспечением. Устойчивость кубитов к шуму остается одной из ключевых задач. Фонд Novo Nordisk инвестирует в создание пригодного для использования квантового компьютера, выделив $200 миллионов Университету Копенгагена в 2022 году. В марте 2023 года фонд создал датский центр для развития ИИ совместно с Nvidia.

Квантовые вычисления также находят применение в других странах. В Великобритании компания Quantinuum разрабатывает квантовые инструменты для исследований лекарств. Amgen использует оборудование Quantinuum для компьютерного проектирования лекарств. Roche проводит исследования с QC Ware и IBM, демонстрируя, что квантовые симуляции могут превосходить классические компьютеры в диагностике диабетической ретинопатии.

Единственный коммерческий квантовый компьютер, ориентированный исключительно на здравоохранение, IBM Quantum System One, находится в Кливлендской клинике в Огайо. В Германии аналогичный компьютер IBM Q System One расположен в Мюнхене, где его используют для исследований в области онкологии и биологических наук.

Финская компания Algorithmiq использует систему IBM-Cleveland Clinic для разработки светозависимых лекарств от рака. Гибридные квантово-классические алгоритмы компании улучшают анализ взаимодействий света и лекарств.

Квантовые вычисления сулят огромный потенциал для здравоохранения, однако в 2023 году глобальные инвестиции в эту перспективную область резко снизились, сократившись вдвое по сравнению с предыдущим годом. Несмотря на это, венчурный капитал для финансирования поздних стадий разработки квантовых технологий остается труднодоступным.

Ситуацию усугубляет наличие конкурирующих подходов к созданию квантовых систем, таких как использование одиночных фотонов или захваченных нейтральных атомов. Эта неопределенность относительно оптимальной технологической платформы порождает опасения инвесторов и замедляет приток средств.

Отсутствие специалистов в области квантовых технологий и политические препятствия также могут замедлить развитие. Проблемы конфиденциальности данных пациентов и скептицизм относительно результатов, полученных на квантовых компьютерах, требуют внимания.

Тем не менее, ожидается, что квантовые вычисления произведут революцию в моделировании сложных биологических систем, разработке новых лекарств, персонализированной медицине и расшифровке геномов. Некоторые эксперты предполагают, что уже к 2030 году начнут проявляться первые значимые результаты. Однако для полной реализации этого колоссального потенциала потребуются возобновление финансирования и преодоление нынешних технических и коммерческих барьеров.