量子計(jì)算機(jī)有啥用？幾天就搞定疫苗

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，新型冠狀病毒疫情正在證明，人類必須在某種病毒成為疫情之前更快地識(shí)別病毒并減小其影響。因?yàn)樵诋?dāng)今全球，病毒的傳播比以往任何時(shí)候都更快、更遠(yuǎn)和更頻繁。

生物技術(shù)企業(yè)家沙克爾（Noor Shaker）教授認(rèn)為，一旦量子計(jì)算取得突破，那么新疫苗或藥物的研發(fā)在幾天內(nèi)就可以完成。

如果說新型冠狀病毒教會(huì)了人類什么，那就是，盡管自1918年西班牙流感爆發(fā)以來，人類識(shí)別和治療流行病的能力已大大提高，但仍有很大的改進(jìn)空間。

在過去的幾十年里，人類在提高快速檢測(cè)能力方面取得了巨大的進(jìn)步，僅僅用了12天的時(shí)間就用新技術(shù)繪制出了新型冠狀病毒的外部“突刺”蛋白。而在上世紀(jì)80年代，對(duì)艾滋病病毒（HIV）進(jìn)行類似的結(jié)構(gòu)分析花了四年時(shí)間。

生物技術(shù)企業(yè)家沙克爾（Noor Shaker）教授強(qiáng)調(diào)了目前藥物研發(fā)過程中的一個(gè)主要問題：高度依賴于經(jīng)驗(yàn)。

分子制造出來后需要進(jìn)行測(cè)試，而不能預(yù)先準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)它的效果。測(cè)試過程本身是漫長(zhǎng)、乏味、繁瑣的，而且可能無法預(yù)測(cè)未來的并發(fā)癥，只有當(dāng)分子大規(guī)模部署時(shí)才能得出結(jié)論，這大幅降低了藥物研發(fā)領(lǐng)域的成本與效益比。雖然人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)工具已經(jīng)開發(fā)和部署優(yōu)化了某些流程，但它們?cè)诹鞒讨械年P(guān)鍵任務(wù)上的效率是有限的。

理想情況下，減少時(shí)間和成本的一個(gè)好方法是將人類當(dāng)前進(jìn)行的昂貴且時(shí)間效率低下的研發(fā)和測(cè)試過程轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)模擬環(huán)境下。

今天人類已經(jīng)可以獲得分子的數(shù)據(jù)庫，如果人類有無限的計(jì)算能力，就可以簡(jiǎn)單地掃描這些數(shù)據(jù)庫并計(jì)算每個(gè)分子是否可以用于新型冠狀病毒的治療或疫苗。我們只需將這些分子輸入到模擬環(huán)境中，然后在化學(xué)空間中進(jìn)行篩選，以找到問題的解決方案。

如果堅(jiān)持用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)，那人類永遠(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。為什么量子計(jì)算機(jī)在模擬分子方面比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)好得多？

電子以一種強(qiáng)烈相關(guān)的方式在分子中擴(kuò)散，每個(gè)電子的特性在很大程度上依賴于其相鄰電子的特性。這些量子關(guān)聯(lián)（或糾纏）是量子理論的核心，使得用經(jīng)典計(jì)算機(jī)模擬電子非常棘手。

新型冠狀病毒的“外突”蛋白包含成千上萬個(gè)原子，因此傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)完全難以應(yīng)付。蛋白質(zhì)的大小使它們難以用經(jīng)典的模擬方法精確地模擬出來，即使在當(dāng)今最強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)上也是如此。

雖然化學(xué)家和制藥公司使用超級(jí)計(jì)算機(jī)來模擬分子(盡管沒有蛋白質(zhì)那么大)，但他們現(xiàn)在使用的是非常粗糙的分子模型，這些模型無法捕捉完整模擬的細(xì)節(jié)，從而導(dǎo)致估計(jì)上存在巨大誤差。

可能需要幾十年的時(shí)間，才能制造出能夠模擬蛋白質(zhì)大小的分子的足夠大的量子計(jì)算機(jī)，但當(dāng)這樣的計(jì)算機(jī)出現(xiàn)時(shí)，它將意味著制藥和化學(xué)工業(yè)運(yùn)作方式的徹底變革。

幾十年后，有了合適的技術(shù)，人類可以把整個(gè)過程轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)模擬中，讓人類以驚人的速度得到結(jié)果。等到一種新的流行病的出現(xiàn)，科學(xué)家們可以在幾天內(nèi)識(shí)別并開發(fā)出一種潛在的疫苗或藥物。

要實(shí)現(xiàn)所有這些夢(mèng)想，需要對(duì)量子計(jì)算作為一種技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行持續(xù)的投資。

正如高希尼教授(Shohini Ghose)在2018年的Ted演講中所講的那樣：“燈泡的出現(xiàn)不是因?yàn)橄灎T的制造技術(shù)越來越好。燈泡是一種基于更深入的科學(xué)理解的不同技術(shù)。今天的計(jì)算機(jī)是現(xiàn)代技術(shù)的奇跡，并將隨著人類的進(jìn)步而不斷改進(jìn)。然而，再?gòu)?qiáng)大的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)也無法解決藥物研發(fā)中遇到的問題。它需要更適合這項(xiàng)任務(wù)的新技術(shù)—;—;量子計(jì)算?！?/p>