Ar kvantinė kompiuterija tikrai gali sutrikdyti farmacijos pramonę?


Kvantinė kompiuterija vis populiarėja daug dėmesio iš investuotojų per pastaruosius dvejus metus. Viena iš ankstyviausių ir pelningiausių programų galėtų būti farmacijos pramonėje, ypač vaistų atradimui.

„Farmacijos pramonė tyrimams ir plėtrai išleidžia apie 15% savo pajamų. Tai didžiulė pinigų suma. Jei kvantinė kompiuterija būtų naudojama tik 1% šio darbo, tai būtų gana nemaža rinka“, – sako Oliveris Kahlas. Jis yra MIG Capital, Vokietijos rizikos kapitalo įmonės, kuri turi, direktorius investavo į IQMvienas didžiausių Europos kvantinių startuolių.

Dvi Europos startuoliai, naudojantys kvantinį skaičiavimą vaistams atrasti, šiais metais jau surinko pinigų: Suomijos „Algoritmiq“ vasarį atnešė 4 mln. USD, o Paryžiuje įsikūrusi „Qubit Pharmaceuticals“ birželį – 16 mln. Ant šveicarų kompanijos Žemė tiek kurios kvantinės kaip paslaugos modelis turi farmacijos programas, kovo mėnesį surinko 75 mln. USD.

Tačiau kiek toli kvantai iš tikrųjų sutrikdo farmaciją?

Ką kvantinė kompiuterija gali pasiūlyti vaistų įmonėms?

Keliais žodžiais: daug, daug greitesnis vaistų atradimas.

„Tradiciniam“ vaistų atradimui reikia ištirti tūkstančius molekulių, kad būtų galima rasti kandidatų, kurie vėliau turi būti išbandyti su gyvūnais ir žmonėmis itin kontroliuojamomis sąlygomis. Kad tai įvyktų, mokslininkai turi nustatyti tinkamą mūsų kūno molekulę, kurią vaistai gali skirti tam tikrai būklei gydyti.

Visas procesas gali užtrukti metus. Atsižvelgiant į tai tik 10 proc. klinikiniuose tyrimuose išbandytų vaistų sulaukia patvirtinimo, vaizdas atrodo gana niūrus.

Siekdami paspartinti vaistų atradimą ir sumažinti išlaidas, tokie startuoliai, kaip JK įsikūrusi „BenevolentAI“ ir „Exscientia“, yra naudojant dirbtinį intelektą nuspėti, kurių vaistų kandidatams greičiausiai pasiseks.

Kvantinė kompiuterija galėtų išplėsti šias prognozes, imituojant vaistų kandidatus ir jų taikinius, kad būtų galima rasti geriausią atitiktį. Tai yra kažkas, ko klasikiniai kompiuteriai tiesiog negali padaryti.

Sabrina Maniscalco, „Algoritmiq“ generalinė direktorė

Pasak „Algoritmiq“ generalinės direktorės Sabrinos Maniscalco, norint kvantiniu kompiuteriu imituoti tokią paprastą molekulę kaip vanduo, prireiks „WhatsApp“ žinutės atminties ekvivalento. Tačiau norint imituoti tokią sudėtingą molekulę, kaip penicilinas, „reikėtų daugiau atminties nei bendras atomų skaičius visatoje – klasikiniu kompiuteriu to imituoti iš esmės neįmanoma“.

„Mes norime būti pirmieji, kurie įrodys, kad kvantinė kompiuterija gali padaryti tai, ko negali silicio kompiuteriai“, – „Sifted“ pasakoja Maniscalco.

Kvantinis modeliavimas ne tik sumažintų vaistų atradimo laiką ir pinigus – jie taip pat leistų mokslininkams rasti visiškai naujų vaistų, kurių tradiciniai metodai neturi. „Tai bus ne laipsniškas pokytis, o žlugdantis.

Darbas su netobulais kvantiniais kompiuteriais

Nepaisant visų kalbų apie kvantinio skaičiavimo potencialą, technologija vis dar yra ankstyvoje vystymosi stadijoje. Šiuo metu IBM turi galingiausią kvantinį procesorių su 127 kubitais – kompiuterio bito kvantiniu ekvivalentu.

Skaičiavimo galia šiuose mažuose procesoriuose yra ribota, tačiau „Maniscalco“ mano, kad jos pakanka naudoti realiame pasaulyje. Pirmasis jos įmonės tikslas yra iš dalies imituoti fermentus, ypač tą fermento dalį, kuri sąveikauja su kitomis molekulėmis.

Pagrindinis Algorithmiq iššūkis yra tas, kad esami kvantiniai įrenginiai yra itin jautrūs savo aplinkai, o tai reiškia, kad bet kokia sąveika su aplinka, pvz., mažiausia temperatūros pokytis — gali sukelti klaidų skaičiavimuose. Ateities kvantiniai kompiuteriai bus su klaidų taisymo funkcijomis, tačiau tam reikės daug didesnių atmintinių, kurių Maniscalco skaičiavimais, nebus galima naudoti 15–30 metų.

Algorithmiq nori išspręsti šią problemą dabar. Startuolio strategija – sukurti algoritmą kvantinio kompiuterio generuojamo signalo valymui. „Tai tarsi fotografavimas naudojant geriausią apšvietimo nustatymą, geriausią fotoaparatą ir dar labiau jį tobulinant naudojant „Photoshop“.

Robertas Marino, „Qubit Pharmaceuticals“ generalinis direktorius
Robertas Marino, „Qubit Pharmaceuticals“ generalinis direktorius

„Dabar kvantiniai kompiuteriai yra ten, kur klasikiniai kompiuteriai buvo septintajame ir aštuntajame dešimtmečiuose – jie sukurti tam, kad išspręstų konkrečias problemas, jie nėra universalūs kompiuteriai“, – sako Robertas Marino, Qubit Pharmaceuticals generalinis direktorius.

Jo startuolis pasirinko hibridinį metodą, kad apeitų dabartinius kvantinių kompiuterių apribojimus. Idėja yra nustatyti konkrečius žingsnius, kuriuose kvantinis kompiuteris galėtų efektyviau nei klasikinis kompiuteris išspręsti sudėtingas matematines problemas. „Mes supjaustome dideles problemas mažais gabalėliais, kad galėtume dirbti su tuo, kas yra prieinama“, – pasakoja Marino „Sifted“.

Vienas iš tokių žingsnių būtų visų galimų „formų“ arba būsenų, kurių gali imtis narkotikų taikinys, žemėlapis. Kadangi kai kurios molekulės gali sąveikauti su vaistais tik būdamos labai specifinėje būsenoje, naudojant kvantinį skaičiavimą joms atvaizduoti galima atskleisti retus vaistų kandidatų taikinius, kurių klasikiniams kompiuteriams nepavyko rasti.

„Tik tam žingsniui reikia atlikti daug skaičiavimų; kvantinis kompiuteris galėtų sutaupyti tūkstančius skaičiavimo valandų“, – sako Marino.

Jis tikisi, kad per dvejus ar trejus metus „Qubit Pharmaceuticals“ naudos kvantinius kompiuterius 5–10% vaistų atradimo proceso, o klasikinius kompiuterius – visiems likusiems.

Ar farmacija rodo susidomėjimą?

„Šiuo metu farmacijos įmonės yra „ką galime su tuo padaryti“ fazėje – visiems labai įdomu išbandyti, mokytis, pamatyti naudojimo atvejus ir lyginti kvantinį skaičiavimą su klasikiniu skaičiavimu“, – sako Marino.

„Sakyčiau, jie yra technologinio smalsumo būsenoje. Nežinau nė vienos įsitvirtinusios farmacijos įmonės, kuri šiuo metu naudotų kokias nors kvantinio skaičiavimo priemones, išskyrus koncepcijos įrodymo ar bandomojo lygio ribas“, – „Sifted“ pasakoja Kahl.

Kai kurios farmacijos įmonės pradeda panirti į kvantinį skaičiavimą. „M Ventures“, „Merck“ rizikos grupė, investavo į JAV įsikūrusį kvantinį startuolį „Seeqc“. BASF yra viena iš investuotojų į „Zapata Computing“ – JAV įsisteigusį startuolį, kuriantį kvantinę programinę įrangą. Biogen bendradarbiauja su 1QBit, kad panaudotų kvantinį skaičiavimą, kad paspartintų vaistų atradimą. Ir Novo Nordisk fondas ką tik skyrė 200 mln. USD kvantiniams kompiuteriams, skirtiems farmacijos ir klimato programoms kurti.

„Šiandien nėra kvantinių kompiuterių, galinčių vykdyti tikrai komerciškai prasmingus algoritmus“, – sako Gangolfas Schrimpfas, vadovaujantis ryšiams su žiniasklaida Merck. „Manome, kad pirmosios komerciškai svarbios mašinos pasieks 2025 m. ar vėliau. Tačiau tai nereiškia, kad su mažiau sudėtingomis versijomis nedirbsime anksčiau nei 2025 m.

„Galima drąsiai teigti, kad dauguma farmacijos įmonių žino šią sritį ir jos galimą trikdymą ir įtraukė savo inovacijų ekosistemas (įmonę, greitintuvus, verslo plėtrą), kad užmegztų ankstyvas partnerystes.

Jis priduria, kad vidinių kvantinių technologijų žinių plėtojimas yra „Merck“ strategijos dalis – pasiruošti, kai kvantinis skaičiavimas pradės veikti. “Mes aktyviai ieškome kvantinės erdvės papildomų investicijų tikslų, įskaitant gretimas technologijas, tokias kaip kvantinis jutimas.”

Kada (jei iš viso) technologija pasieks?

„Kvantinė kompiuterija jau pasirodė naudinga ieškant vaistų, net jei dar negalime imituoti sudėtingų molekulių“, – sako Florianas Neukartas, „Terra Quantum“ vyriausiasis produktų pareigūnas. Jis mano, kad prasmingi molekuliniai modeliai farmacijos pramonei gali būti įmanomi per ateinančius trejus ar penkerius metus.

„Maniscalco“ lygina darbą, kurį šiandien atlieka kvantiniai startuoliai, su nusileidimu Mėnulyje – „Apollo“ nusileidimui naudojamas kompiuteris turėjo mažiau apdorojimo galios nei šiandien turi išmanusis telefonas, tačiau jį sukūrusi komanda vis tiek sugebėjo padaryti tai, kas iki tol buvo neįmanoma.

Margaret Hamilton 1969 m. šalia kodo, kurį ji parašė „Apollo“ išlaipinimui Mėnulyje
Margaret Hamilton 1969 m. šalia kodo, kurį ji ranka parašė, siekdama išlaipinti Apoloną Mėnulyje

„Visaverčiam molekuliniam modeliavimui reikia milijonų ir milijardų kubitų ir didelio tikslumo vartų. Aš asmeniškai tikiuosi dešimtmečių tolesnės plėtros, kol tokios sistemos taps realybe“, – sako Kahlas. “Kalbant apie tai, kada kvantinė kompiuterija galės sukurti vertę farmacijos įmonėms, konservatyvus spėjimas nėra anksčiau nei dešimtmečio pabaigoje.”

Leonie Mueck, JK įsikūrusio kvantinio startuolio Riverlane vyriausioji produktų pareigūnė, siūlo optimistiškesnę viziją. Ji atkreipia dėmesį į tai, kad būsimi tyrimų laimėjimai gali atskleisti naujus metodus, kurie žymiai sumažina išteklius, reikalingus šiems kvantiniams algoritmams vykdyti. Tai nutiko anksčiau kvantiniame lauke ir gali paspartinti numatomus terminus.

Kvantinė kompiuterija gali būti naudinga farmacijos pramonei ir kitais būdais. Pavyzdžiui, vaistų gamybos tiekimo grandinės optimizavimas arba kvantinių kompiuterių naudojimas, siekiant imituoti gydymo poveikį pacientams, o tai gali žymiai padidinti klinikinių tyrimų sėkmės rodiklį.

Ar galime tikėtis kvantinio burbulo?

„Kvantinė kompiuterija pritraukė nemažai gerbėjų ir daugybė kvantinių evangelistų garsiai giria kvantinio amžiaus atėjimą. Tai gali skambėti sarkastiškai, jei ne ciniškai, bet kvantas yra labai sudėtinga sritis, kurios daugelis nesupranta“, – sako Kahlas.

Dažnas klaidingas įsitikinimas, kad kvantinis kompiuteris padidins skaičiavimo greitį, palyginti su tradiciniais kompiuteriais. Kahlo teigimu, yra žinomi tik keli algoritmai, kurie, kaip mes tikrai žinome, gerokai pranoks klasikinį skaičiavimą, kai jie bus naudojami dideliuose kvantiniuose kompiuteriuose. “Naujausi tyrimai atkreipia dėmesį į tai, kad nėra įrodymų apie eksponentinį kvantinį pranašumą kvantinėje chemijoje, taigi ir farmacijos srityse.

„Deja, daugelis investuotojų to nežino, nenori žinoti arba nesupranta; baimė praleisti tikrai labai prisideda.

Schrimpfas priduria: „Mūsų pagrindinis rūpestis yra tas, kad kvantinės technologijos patirs klestėjimo ir nuosmukio ciklą, kuris išnaudos finansavimo galimybes. Kvantinė kompiuterija nebus vienintelis ir galutinis skaičiavimo sprendimas, taip pat kiekvienas būsimas išmanusis telefonas neturės kvantinio skaičiavimo branduolio – bent jau artimiausioje ateityje.

„Kvantiniai kompiuteriai sprendžia labai nišines, sudėtingas matematines problemas didelės vertės pramoninio naudojimo atvejais […] Manome, kad svarbu suvaldyti ažiotažą ir lūkesčius bei suteikti šiai sričiai stiprų, bet dar svarbiau nuolatinį finansavimo srautą, įskaitant kantrų privatų kapitalą ir viešojo finansavimo iniciatyvas.

Neukartas mano, kad kvantinė kompiuterija greičiausiai vyks įprastu triukšmo ciklu, kurį išgyveno daugelis kitų technologijų sektorių. „Kai prasidėjo mašininis mokymasis, žmonės manė, kad galite jį pritaikyti bet kuriai jūsų problemai. Iššūkis yra bendrauti, kur kvantinė kompiuterija naudinga, o kur ne.

Pasak Neukarto, lyginant su kitomis pramonės šakomis, farmacija yra linkusi būti atsargi ir nepareikšti jokių ypatingų pretenzijų – tai reiškia, kad ažiotažas gali nepaveikti taip stipriai.

„Tikiuosi, kad rinkos atvės – tikiuosi, neužšals – žmonėms pabudus lėtesnio nei tikėtasi technologijų vystymosi realybei“, – sako Kahlas. „Antroji banga vystysis lėčiau ir greičiausiai bus labiau orientuota į pramonės vertikales, kuriose yra akivaizdžių eksponentinių kvantinių pranašumų įrodymų.

Clara Rodríguez Fernández yra „Sifted“ giliųjų technologijų korespondentė, įsikūrusi Berlyne.