Komputery kwantowe mogą przyczynić się do największej rewolucji w medycynie na przestrzeni ostatniego stulecia. Kwantowe przetwarzanie danych gwałtownie przyspieszy odkrycia nowych farmaceutyków leków oraz umożliwi terapię spersonalizowaną.
“Wraz z wejściem na rynek komputerów kwantowych branża farmakologiczna przejdzie transformację” – mówi Jean-Philippe Piquemal, dyrektor Theoretical Chemistry Laboratory na Sorbonne University oraz French National Centre for Scientific Research (CNRS), założyciel firmy Qubit Pharmaceuticals. W wywiadzie dla Euronews Tech (rozmawiał James Thomas) opisuje, jak farmakologia kwantowa może wesprzeć walkę z trudnymi chorobami.
Kwant, najmniejsza część wszystkiego co nas otacza, został odzwierciedlony w kwantowym przetwarzaniu danych pod nazwą qubit. W normalnych komputerach bity, czyli podstawowe jednostki informacji, mogą mieć wartość 0 lub 1. Natomiast qubity mogą mieć jednocześnie obie wartości – dzięki tak zwanej superpozycji. Oznacza to, że komputery kwantowe mogą dokonywać wielu kalkulacji równolegle i znacznie szybciej niż klasyczny komputer,rozwiązywać skomplikowane problemy. “Z tego powodu komputery kwantowe są niesamowicie potężne. Taka moc bezpośrednio przekłada się na naszą codzienność” – mówi dr Piquemal. Jego zdaniem, komputery kwantowe wkrótce zaczną odgrywać dużą rolę w przetwarzaniu danych, chociażby dlatego, że nie ma na horyzoncie innego rozwiązania.
W ciągu 80 lat rozwoju komputery z roku na rok podwajały swoje możliwości i osiągnęliśmy punkt, w którym procesory stały się maksymalnie zminiaturyzowane. Barierą dla dalszego rozwoju jest sposób, w jaki są budowane. Efektywność komputerów budowanych według obecnej technologii stała się zbyt mała, co stanowi przeszkodę dla dalszego rozwoju m.in. branży farmakologicznej. Dopiero wdrożenie nowych metod budowania komputerów pozwoli na osiągnięcie wyników technicznie wcześniej niedostępnych.
Rozwój algorytmów sztucznej inteligencji wymaga dużych centrów danych. Zużywają one gigantyczne ilości energii i wymagają specjalnej, odpowiednio dużej przestrzeni. Tymczasem kwantowe przetwarzanie danych, zapewniając co najmniej taki sam poziom wydajności komputera, pozwala radykalnie ograniczyć rozmiary komputera oraz zużycie energii. Doktor Piquemal mówi – “przewaga kwantu jest kombinacją szybkości, wydajności i niskiego zużycia energii. Takie przetwarzanie danych również zrewolucjonizuje sztuczną inteligencję, ponieważ te dwie technologie się w przyszłości połączą”.
Pierwsze komputery kwantowe dopiero wchodzą do użytku. Technologia nie jest jeszcze dopracowana i rezultaty nie są jeszcze wystarczająco konkurencyjne w stosunku do klasycznych komputerów. “Konkretny przełom dopiero nastąpi” – zapowiada dr Piquemal. Jego zdaniem trzeba będzie na to poczekać jeszcze kilka lat a w pierwszej kolejności zastosowanie nowej technologii zaobserwujemy w medycynie i bankowości. Komputer kwantowy zapewni szybszy postęp w dochodzeniu do nowych odkryć, na przykład w przewidywaniu interakcji molekuł, które mogą się stać nowymi lekami.
Dr Piquemal jest zdania, że główną podstawą rozwoju farmacji jest digitalizowanie biologii i chemii – “Wszystkie samochody i samoloty są projektowane przez komputery – dobierane są parametry i przeprowadzane symulacje zanim zostanie wyprodukowany prototyp. Teraz robimy to samo z molekułami. Chcemy stworzyć molekuły w komputerze, a nie w laboratorium z uwagi na koszt i czas realizacji badań“.
Teoretycznie wszystko można digitalizować, ale to musi być zgromadzone w centrach danych. Proces digitalizacji jest wprost proporcjonalny do aktualnych możliwości technicznych. Cyfrowa chemia i cyfrowa biologia już są rzeczywistością. W przypadku farmacji proces ten jest wyjątkowo skomplikowany, ponieważ zawiera element ludzki – unikalną fizyczność ciała. Kwantowe przetwarzanie danych może pomóc w rozwoju leków zwłaszcza na wyjątkowo skomplikowanechuoroby, oporne na istniejące już lek, a także w przypadkach, gdy czas gra główną rolę w wysiłkach nad opracowaniem nowej terapii, gdy brakuje informacji o etiologii danej choroby.
Dzięki komputerom kwantowym, przetwarzającym znacznie większe ilości danych, będzie możliwe skrócenie czasu potrzebnego na opracowanie nowego leku. Ich duża moc obliczeniowa umożliwi przejście ponad barierą braku danych, na przykład przy nowej, szybko rozprzestrzeniającej się chorobie lub takiej, która ma wiele mutacji, odmiennych u poszczególnych pacjentów. Dlatego – zdaniem dr Piquemala – największą korzyść ze zwiększenia mocy obliczeniowych komputerów zaobserwujemy w pierwszej kolejności przy chorobach, które szybko przebiegają oraz tam, gdzie obecnie jedyną nadzieją pacjenta jest wzięcie udziału w badaniach klinicznych nowego leku. Nowa technologia przyczyni się również do opracowywania terapii chorób rzadkich, na które obecnie nie posiadamy skutecznych terapii. Do tej pory niska rentowność takich przedsięwzięć powodowała brak zainteresowania branża farmaceutycznej.
Przy użyciu komputerów kwantowych zmieni się sposób organizowania procedur badań i rozwoju. Tradycyjne laboratoria mieszające substancje będą wykorzystywane jedynie do produkcji komputerowo opracowanego leku. Branża farmaceutyczna zwróci się w stronę fizyki i technologii przetwarzania danych, gdzie komputery będą scentralizowane. Doktor Piquemal uważa, że naukowcy dzięki temu poszerzą swój zakres badań i połączą wiedzę z różnych dziedzin. Komputery kwantowe przyczynia się także do rozwoju medycyny personalizowanej. Oznacza to wykorzystywanie mechaniki kwantowej do projektowania na poziomie atomów i adaptowanie leku do konkretnego ciała pacjenta i jego DNA. Dzieci temu możliwe stanie się wyeliminowanie wielu chorób genetycznych.
Rozwój zastosowania komputerów kwantowych wizę się ściśle z rozwojem sztucznej inteligencji – ich połączenie w konsekwencji zrewolucjonizuje farmakologię, kiedy firmy farmaceutyczne uzyskają szeroki dostęp do tych technologii. “Marzeniem każdego farmakologa jest odpowiednie dobranie leków dla każdego pacjenta. Musimy więc doprowadzić do tego, aby komputery kwantowe były w powszechnym użyciu i działały jak najwydajniej” – podsumowuje dr Jean-Philippe Piquemal.
