Kvantinio skaičiavimo taikymas | Deloitte Insights


Sveikatos priežiūra ir gyvybės mokslai. Kvantinių kompiuterių taikymas sveikatos priežiūros ir gyvosios gamtos mokslų tyrimams ir plėtrai gali pakeisti ligų diagnostiką ir gydymą. Tikėtina, kad tokia revoliucija padidins ligų identifikavimo ir aptikimo, vaistų ir farmacijos atradimų, genomo analizės ir pritaikytų vaistų bei intervencijų kūrimo tempą ir tikslumą.

Pavyzdžiui, būtinybė įvertinti milijardus galimų vaistų reakcijų ir šalutinių poveikių daugeliui atskirų žmogaus sistemų gali pailginti vaistų pateikimo į rinką procesą iki dešimtmečio ar daugiau. Pradiniame vaistų atradimo ir kūrimo etape farmacijos mokslininkai atlieka kompiuterinį vaistų atradimą. Naudodami tokias priemones kaip molekulinė dinamika ir tankio funkcinė teorija, jie kuria kompiuterinius modelius ir modeliavimus, kurie gali numatyti milijonų makromolekulių poveikį ligoms ir žmogaus organizmui. Nors tokie „in-silico“ metodai šiuo metu nėra nei tikslūs, nei greiti, šiuo metu jie paprastai yra saugesni nei in vitro metodai, tokie kaip klinikiniai tyrimai.

Kvantinė kompiuterija gali tai pakeisti. Tikimasi, kad tai turės didelį poveikį visiems atradimo etapo aspektams. Tai apima moksliškai pagrįstų įrodymų, tiksliai nurodančių biologinę ligos kilmę, sukūrimą ir užtikrinimą, kad tokiu biologiniu taikiniu būtų galima saugiai manipuliuoti, siekiant terapinės naudos. Kvantiniai kompiuteriai taip pat galėtų nustatyti junginius, turinčius terapiškai naudingų, farmakologinių ar biologinių veiksmų, kurie galėtų būti atskaitos taškas siekiant pagerinti junginio stiprumą ir tikslumą. Visa tai galėtų padėti sumažinti gyvybę gelbstinčių vaistų pateikimo į rinką laiką ir išlaidas.

Kitas galimas kvantinių kompiuterių naudojimo atvejis yra tiksli medicina – individualizuotų intervencijų ir gydymo kūrimas. Esamuose standartizuotuose gydymo metoduose ir gydymo protokoluose neatsižvelgiama į individualius genetinius ir biologinius veiksnius, elgesį, socialinius ir ekonominius aspektus ar aplinkos veiksnius, kurie gali sustiprinti arba sumažinti gydymo poveikį. Pavyzdžiui, 31 % pacientų negali saugiai metabolizuoti tamoksifeno, įprasto vėžio gydymo metodo,7 arba kad yra daugiau nei 7000 žinomų retų ligų, kuriomis serga daugiau nei 30 milijonų žmonių vien Jungtinėse Valstijose, ir kad dauguma jų yra nepagydomos arba jų gydymas yra labai brangus.8

Padėdamas išsiaiškinti įvairių prisidedančių veiksnių sąsajas ir priklausomybes, kvantiniu būdu patobulintas mašininis mokymasis galėtų paskatinti medicininius tyrimus. Su juo mokslininkai galėtų numatyti vaistų ir gydymo veiksmingumą, parengti individualius gydymo planus, kurie galėtų pagerinti pacientų rezultatus, ir netgi prognozuoti būsimų ligų riziką, kad būtų galima anksčiau arba prevenciškai gydyti.

Medžiagų mokslas ir atradimai. Medžiagų dizaineriai naudoja sudėtingus skaičiavimus, kad prognozuotų mechanines, optines ir fizines keramikos, stiklų, polimerų, metalų lydinių ir kompozicinių medžiagų savybes. Kvantiniai kompiuteriai galėtų padėti projektavimo inžinieriams sukurti geresnes medžiagas, suteikdami jiems tikslesnę molekulinių reakcijų kontrolę.

Pavyzdžiui, norėdami sukurti efektyviausius saulės elementus, energetikos tyrinėtojai siekia suprasti saulės šviesos sąveiką su tūkstančiais silicio ir polimerų pagrindu pagamintų medžiagų, organinių metalų junginių ir neorganinių medžiagų derinių.Daugiautikslios prognozės, kaip medžiagos sąveikauja su šviesa, galėtų padėti sukurti efektyvesnes saulės baterijas ir LED įrenginius.

Taip pat energetikos įmonės stengiasi išbandyti, plėtoti ir pritaikyti anglies surinkimo technologijas, kurios naudoja mažiau energijos anglies dioksidui (CO) pašalinti.2) iš elektrinių išmetamų teršalų. Dabartiniai anglies surinkimo metodai, kurie priklauso nuo vandens, kad sugertų CO2yra brangūs, neefektyvūs ir teršiantys, o mokslininkai neseniai sukūrė sugeriančias kietąsias medžiagas, kurios gali būti naudojamos efektyvesniam anglies surinkimui.9 Kvantinė kompiuterija galėtų padėti remtis šiomis naujovėmis, todėl būtų atrastos labai porėtos kietos medžiagos CO fiksavimui2.

Cheminio proceso modeliavimas ir optimizavimas. Kvantinė kompiuterija galėtų padėti mokslininkams kurti ir išbandyti naujus pramoninius procesus, kurie padėtų tausoti gamtos išteklius, sumažinti emisijas, sumažinti išlaidas ir pagreitinti gamybą.

Pavyzdžiui, didelio masto amoniako trąšų gamyba remiasi Haber-Bosch procesu – 100 metų senumo, daug energijos reikalaujančiu azoto fiksavimo metodu, kuris sunaudoja 3–5 % pasaulio metinės gamtinių dujų produkcijos. Trąšų gamyba naudojant vien Haber-Bosch procesą sudaro 1–2 % pasaulio metinės energijos tiekimo ir 2–3 % pasaulio CO.2 išmetamųjų teršalų.10Panašiai vandenilio, skirto naudoti vandenilio kuro elementuose, gamyba priklauso nuo pramoninių vandens molekulių skaidymo į vandenilį ir deguonį metodų. Tačiau šie esami metodai yra imlūs energijai, pagrįsti brangiais ir retaisiais metalais ir sukuria anglies atlieką, o tai riboja vandenilio, kaip švaraus, ekologiško energijos šaltinio, naudojimą.11

Kvantiniai kompiuteriai galėtų supaprastinti abu procesus, leisdami mokslininkams atrasti naujas katalizatorių medžiagas, kurios sumažintų energijos poreikį amoniako gamybai ir vandens skaidymui. Tai lemtų technologinius laimėjimus trąšų ir vandenilio kuro elementų gamyboje.

Pasiruoškite kvantiniam skaičiavimui

Atsižvelgiant į dabartinį pažangos tempą ir į tai, kad molekulėms, cheminėms reakcijoms ir medžiagoms modeliuoti gali prireikti tik 1000 kubitų, kvantiniai kompiuteriai anksčiau nei vėliau galės prasmingai išspręsti skaičiavimo chemijos problemas. Organizacijos, kurios naudoja skaičiavimo chemiją ar tradicinių medžiagų atradimą eksperimentiniams tyrimams atlikti ir molekulių struktūrai prognozuoti, gali turėti gerą verslo pagrindą imtis iniciatyvaus požiūrio į kvantinį skaičiavimą. Atlikdami kitus veiksmus, apsvarstykite šiuos dalykus:

  • Suprasti pramonės poveikį. Sužinokite apie galimą kvantinio skaičiavimo poveikį jūsų pramonei. Kokias sudėtingas problemas kvantinės gali padėti išspręsti? Žinokite apie svarbius technologijų pokyčius ir atkreipkite dėmesį į tai, kaip kiti jūsų srities žmonės investuoja ir eksperimentuoja su kvantinėmis technologijomis.
  • Pirmenybę teikite skaičiavimo chemijos naudojimo atvejams. Atsižvelgiant į tai, kad kvantiniai kompiuteriai gali būti naudingi skaičiuojant chemiją prieš tai, kai jie bus naudingi kitoms programoms, pradėkite tyrinėti naudojimo atvejus šiandien. Pirmenybę teikite tiems, kurie gali suteikti didelę vertę ir kuriuos gali išspręsti kvantiniai kompiuteriai.
  • Ištirkite kvantinę ekosistemą. Vis daugiau technologijų tiekėjų, naujų įmonių ir nepriklausomų bei akademinių tyrimų laboratorijų stengiasi komercializuoti galimybes, kad supaprastintų kvantinės skaičiavimo chemijos naudojimo atvejus. Atlikdami tyrimus ir bendradarbiaudami su vidaus ir išorės kvantų ekspertais, ištirkite ir supraskite, kaip jūsų organizacija galėtų panaudoti kvantinę ekosistemą ir jos išteklius.
  • Sukurti strategiją. Suburkite esamus talentus, turinčius reikiamų įgūdžių ir žinių, kad sukurtumėte kvantinę strategiją. Net jei strategija yra nedelsiant imtis veiksmų, nustatykite paleidimo įvykį, pavyzdžiui, konkurento pranešimą arba tam tikro technologinio etapo pasiekimą, kuris paskatins tolesnes kvantines investicijas ir tyrinėjimus.
  • Stebėkite technologijų ir pramonės pokyčius. Nuspręskite, kas iš jūsų komandos vadovaus kvantiniam krūviui, kai ateis laikas įsitraukti, ir įsitikinkite, kad jie nuolatos informuoja apie kvantinius pokyčius ir tyrimus. Jie gali padėti patobulinti strategiją, jei to reikalauja įvykiai. Atsiminkite nurodytą paleidimo įvykį ir neleiskite jam praeiti neatlikus atitinkamų veiksmų.

Tikimasi, kad, kaip ir daugelis kitų besivystančių technologijų, kvantinis kompiuteris suteiks daug pranašumų ankstyviesiems perkėliams. Šiandien strategiškai pradėjusios tyrinėti kvantinės kompiuterijos galimybes, organizacijos, kurios naudojasi kvantine chemija, gali įgyti pranašumą prieš savo konkurentus.