Quá trình mô phỏng mang tính cột mốc đối với phức hợp protein 12.635 nguyên tử đánh dấu sự trưởng thành của điện toán lượng tử từ một công nghệ thực nghiệm thành một công cụ khoa học khả thi cho việc tìm kiếm thuốc.
Các nhà khoa học tại IBM (NYSE: IBM), Cleveland Clinic và RIKEN của Nhật Bản đã mô phỏng một phức hợp protein gồm 12.635 nguyên tử, phân tử lớn nhất từng được lập mô hình bằng phần cứng lượng tử. Thành tựu được công bố vào ngày 5 tháng 5 này sử dụng phương pháp tiếp cận hỗn hợp lượng tử-cổ điển, có thể rút ngắn thời gian phát triển thuốc hiện đang kéo dài hơn một thập kỷ.
"Công trình này đánh dấu một bước tiến quan trọng và nhấn mạnh vai trò mới nổi của điện toán lượng tử trên các hệ thống liên quan đến việc tìm kiếm thuốc," Tiến sĩ Kenneth Merz, tác giả chính của nghiên cứu và là nhà khoa học tại Khoa Khoa học Đời sống Tính toán của Cleveland Clinic, cho biết. "Bằng cách vượt qua rào cản 12.000 nguyên tử, chúng tôi đã mở rộng đáng kể quy mô mô phỏng phân tử có ý nghĩa sinh học khả thi với điện toán lượng tử."
Quá trình mô phỏng chạy trên bộ xử lý Heron 156-qubit của IBM đặt tại Cleveland Clinic và RIKEN, sử dụng tối đa 94 qubit và gần 6.000 hoạt động lượng tử. Nhiệm vụ này được phối hợp với hai trong số các siêu máy tính cổ điển mạnh nhất thế giới là Fugaku và Miyabi-G. Khung làm việc đã đạt được mô phỏng của một phân tử lớn hơn khoảng 40 lần so với những gì cùng phương pháp đó có thể xử lý chỉ sáu tháng trước, với độ chính xác trong các tính toán chính được cải thiện tới 210 lần.
Nghiên cứu trực tiếp giải quyết một điểm nghẽn chính trong khoa học đời sống: dự đoán chính xác cách một ứng viên thuốc liên kết với một protein mục tiêu. Các phương pháp tính toán ngày nay gặp khó khăn với sự phức tạp của các phân tử lớn, dẫn đến công việc phòng thí nghiệm thử-và-sai tốn kém và kéo dài. Phương pháp tiếp cận lấy lượng tử làm trung tâm này cung cấp một con đường dẫn đến các tính toán năng lượng chính xác hơn, có khả năng tiết kiệm hàng tỷ đô la chi phí nghiên cứu và phát triển trong toàn ngành dược phẩm.
Phương pháp Tiếp cận Hỗn hợp trong Mô phỏng Phân tử
Đột phá này được thực hiện nhờ một khung làm việc mà IBM gọi là “siêu tính toán lấy lượng tử làm trung tâm”, kết hợp các bộ xử lý lượng tử với các siêu máy tính cổ điển. Trong mô hình này, các máy tính cổ điển—Fugaku tại RIKEN và Miyabi-G tại Đại học Tokyo—đã phân tách các phức hợp protein-ligand khổng lồ thành các mảnh nhỏ hơn, có thể tính toán được.
Các bộ xử lý Quantum Heron của IBM sau đó đã tính toán hành vi cơ học lượng tử của các mảnh riêng lẻ này. Các kết quả được siêu máy tính tập hợp lại để tạo ra một bức tranh hoàn chỉnh về phân tử 12.635 nguyên tử. Một thuật toán hỗn hợp mới, EWF-TrimSQD, đã đóng vai trò quan trọng trong việc giảm chi phí tính toán, giúp việc mô phỏng một hệ thống ở quy mô này trở nên khả thi. Công trình này được xây dựng trên các cột mốc trước đó, bao gồm mô phỏng phân tử chuẩn Trp-cage 303 nguyên tử.
Từ Chỉ số Phần cứng đến Giải quyết Vấn đề
Trong nhiều năm, tiến trình của điện toán lượng tử được đo bằng số lượng qubit và tỷ lệ lỗi. Thành tựu này gợi ý một chỉ số mới: tầm quan trọng của các vấn đề mà nó có thể giúp giải quyết. "Máy tính lượng tử không còn chỉ chứng minh chúng là những công cụ khả thi – chúng đang chứng minh rằng chúng có thể đóng góp các kết quả có ý nghĩa trong các kiến trúc siêu tính toán lấy lượng tử làm trung tâm," Jay Gambetta, Giám đốc Nghiên cứu của IBM, cho biết.
Đối với các nhà đầu tư, điều này đánh dấu một khoản lợi nhuận hữu hình sau hàng thập kỷ R&D của IBM, hiện đang giao dịch với hệ số P/E dự phóng khoảng 19. Mặc dù không ảnh hưởng đến thu nhập ngắn hạn, nhưng điều này cho thấy một lộ trình rõ ràng để ứng dụng điện toán lượng tử trong các lĩnh vực dược phẩm và công nghệ sinh học giá trị cao. Các đối thủ cạnh tranh như Alphabet (NASDAQ: GOOGL) và các công ty khởi nghiệp như PsiQuantum và Infleqtion đang theo đuổi các lộ trình khác nhau dẫn đến điện toán lượng tử có khả năng chịu lỗi, nhưng việc trình diễn của IBM trên một vấn đề khoa học thực tế mang lại cho họ một điểm chứng minh quan trọng. Khả năng lập mô hình chính xác các tương tác phân tử có thể trở thành một động lực doanh thu dài hạn đáng kể khi các hệ thống lượng tử được tích hợp vào quy trình làm việc R&D tiêu chuẩn tại các công ty dược phẩm lớn như Pfizer và Merck.
Bài viết này chỉ nhằm mục đích cung cấp thông tin và không cấu thành lời khuyên đầu tư.
