Будущее фармакологии. Квантовые компьютеры IBM и суперкомпьютер Fugaku объединились для изучения белков
Международная группа исследователей из Кливлендской клиники, института RIKEN и компании IBM продемонстрировала крупнейшее на сегодня моделирование в области квантово-классической химии.
Используя мощности квантовых процессоров и классических суперкомпьютеров, ученые смогли воспроизвести поведение систем «белок-лиганд», насчитывающих более 12 000 атомов. Это достижение является критически важным шагом к использованию квантовых вычислений в решении реальных научных задач, в частности в разработке новых лекарств.
Для эксперимента были выбраны два биологически значимых объекта: лизоцим T4 и трипсин в реалистичной водной среде. Самая большая смоделированная система охватила 12 635 атомов и около 30 000 орбиталей. Это в 40 раз превышает размеры систем, которые ученым удавалось моделировать всего несколько месяцев назад.
Кроме масштаба, исследователи достигли впечатляющего повышения точности — на ключевых этапах этот показатель вырос в 210 раз.
Рабочий процесс был организован по гибридному принципу: квантовое оборудование, используя до 94 кубитов, обрабатывало наиболее сложные и запутанные вычисления, тогда как классические суперкомпьютеры, в частности японский Fugaku, синтезировали результаты. В течение более 100 часов работы было запущено 9 200 схем, что позволило собрать 1,3 миллиарда измерений.
По словам руководителя исследования доктора Кеннета Мерца, такой подход позволяет разбивать большие молекулы на меньшие кластеры, где квантовые системы фокусируются только на важнейших электронных конфигурациях. Хотя на данном этапе метод еще не превосходит лучшие классические алгоритмы по скорости, он доказывает, что квантовая инфраструктура уже готова к интеграции в высокую науку.
В перспективе это позволит создавать материалы и медикаменты с недостижимой ранее точностью, минимизируя потребность в дорогостоящих лабораторных тестах.