量子計算賦能突破新冠病毒檢測痛點_大陸_國內(nèi)新聞_新聞

量子計算賦能突破新冠病毒檢測痛點

本報記者吳長鋒

安徽合肥高新區(qū)傳來消息，園區(qū)內(nèi)企業(yè)瀚海博興聯(lián)合本源量子，利用量子計算平臺，共同開發(fā)出系列特異性識別病毒的膠體金試劑盒—新冠病毒（COVID-19）抗原免疫直檢試劑盒、抗原抗體混檢試劑盒等產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品可有效輔助核酸檢測，克服周期長、操作復(fù)雜、對檢驗場地、人員要求高的痛點；有效解決血清學抗體檢測發(fā)現(xiàn)時間晚，部分免疫缺陷人員無法檢出等痛點。而且，目前該系列試劑盒已取得歐盟CE認證，并進入中國商務(wù)部出口白名單。

量子算法對病毒結(jié)構(gòu)進行快速模擬

“量子計算是一種遵循量子力學規(guī)律調(diào)控量子信息單元進行計算的新型計算模式。從計算的效率上來說，由于量子力學疊加性，目前某些已知的量子算法在處理問題時速度遠快于傳統(tǒng)的通用計算機。”本源量子公司首席科學家、中國科大郭國平教授告訴科技日報記者，在生物科技領(lǐng)域，量子計算可以極大地擴展人們對分子結(jié)構(gòu)和特性進行模擬的能力。通過大規(guī)模的分析和機器學習，量子計算可以更好地幫助人們闡明基因表達，探索具體的突變產(chǎn)生的奧秘。

“量子計算時代正在接近，通過量子應(yīng)用系統(tǒng)探索量子計算具體的應(yīng)用場景已成為行業(yè)發(fā)展的趨勢。”郭國平說，新藥物開發(fā)是現(xiàn)代先進計算平臺最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在市場上80%以上的新藥物研發(fā)都是借助超級計算平臺完成的。今年，加拿大D-Wave系統(tǒng)公司就為冠狀病毒研究員提供混合量子計算平臺的免費訪問權(quán)限。

去年9月，全球首款量子計算機應(yīng)用軟件——本源量子化學應(yīng)用系統(tǒng)ChemiQ正式亮相，成為我國首個針對量子化學和藥物研發(fā)的算法應(yīng)用程序。

“在研發(fā)有效藥物的過程中，化學家們同樣可以利用量子計算機的快速數(shù)據(jù)處理能力評估分子、蛋白質(zhì)和化學物質(zhì)之間的相互作用，來檢查藥物是否會改善某些問題或治愈疾病。”郭國平告訴記者，量子ChemiQ化學應(yīng)用系統(tǒng)，可用于模擬計算化學分子在不同鍵長下對應(yīng)的能量，為量子計算在化學領(lǐng)域的應(yīng)用提供基礎(chǔ)，幫助相關(guān)人員探索量子計算應(yīng)用、推動生物科技研發(fā)進程。“我們開發(fā)的量子計算算法對病毒結(jié)構(gòu)進行模擬以及對藥物靶點進行排序，優(yōu)化組合和篩選等。”郭國平說。

未來，或幾天就能研發(fā)出新疫苗或藥物

去年9月11日，瀚海博興加入本源量子計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟OQIA，共同致力于量子計算在生物大分子改構(gòu)、蛋白質(zhì)定向進化等領(lǐng)域的研發(fā)推進工作。

借助該量子算法程序軟件包，聯(lián)合攻關(guān)團隊對新冠病毒的化學分子結(jié)構(gòu)和動力學演化進行量子模擬，通過聯(lián)合攻關(guān)，他們不僅開發(fā)出多株高特異、高親和力抗新冠病毒S蛋白和N蛋白的全人抗體、納米羊駝抗體和兔抗體，而且進一步根據(jù)量子化學算法進行抗體親和力改造、空間位阻改造等實現(xiàn)抗體優(yōu)化，并根據(jù)結(jié)構(gòu)模擬、實驗再驗證等，實現(xiàn)多株抗體之間的有效配對。借助于量子計算的賦能，讓他們能夠為世界抗擊新冠病毒提供更快捷、更準確、更早期、更便利的檢測工具。

“現(xiàn)在僅僅用了12天的時間，就用新技術(shù)繪制出了新型冠狀病毒的外部‘突刺’蛋白。而對艾滋病病毒（HIV）進行類似的結(jié)構(gòu)分析花了4年時間。”郭國平告訴記者，目前藥物研發(fā)過程中的一個主要問題是高度依賴于經(jīng)驗。

“分子制造出來后需要進行測試，而不能準確地預(yù)測它的效果，而且可能無法預(yù)測未來的并發(fā)癥。這大幅降低了藥物研發(fā)領(lǐng)域的成本與效益比。”郭國平說，如果人類有無限的計算能力，就可以簡單地掃描這些數(shù)據(jù)庫并計算每個分子是否可以用于新型冠狀病毒的治療或疫苗的研發(fā)。“我們只需將這些分子輸入到模擬環(huán)境中，然后在化學空間中進行篩選，找到問題的解決方案。”

“可能需要幾十年的時間，才能制造出能夠模擬蛋白質(zhì)大小的分子且足夠大的量子計算機，但當這樣的計算機出現(xiàn)時，它將意味著制藥和化學工業(yè)運作方式的徹底變革。”郭國平說。或許，未來一種新的流行病的出現(xiàn)，科學家們可以在幾天內(nèi)識別并開發(fā)出一種潛在的疫苗或藥物。