量子计算或将成为药物研发的未来 - 彭博社

药物研发的未来？

摄影师：Frederic J. Brown/AFP via Getty Images

科学家们预见到量子计算这一快速发展的技术最具前景的首批应用之一，便是药物研发的新方法。理论上，量子计算机能大幅减少这一过程中的试错环节，通过筛选数万亿种可能被合成制药的分子，帮助研究者更快锁定治疗侵袭性癌症、预防痴呆症、杀死致命病毒甚至延缓衰老的方法。

彭博社观点关税让你沮丧？抛开1930年代的剧本吧。普京仍掌握乌克兰局势所有筹码，无理由退让HBO Max尴尬的"品牌重塑"堪称好莱坞式经典中国拥有NBA最具价值选秀新秀作为该技术潜力的证明，一组研究者今年早些时候在《自然·生物技术》发表论文，展示如何利用IBM设计的小型量子计算机和人工智能识别潜在抗癌药物。

尽管全球实验室有数十台量子计算机在运行，但除特定测试问题外，其性能尚未超越现有超级计算机。不过，该领域已出现一些令人惊讶的突破性进展。

“我们并非宣称它更快、更便宜或更好……我们只是证明这是可能的，”论文合著者兼Insilico Medicine创始人亚历克斯·扎沃龙科夫表示。他将这些早期应用比作最初的飞机飞行——对于展示一种曾被认为不可能的交通方式至关重要。

直到最近，量子计算机仍因其易出错特性而受到严重限制。它们使用称为量子比特的信息存储单元，而将它们串联起来只会增加错误率。去年，初创公司Quantinuum以及随后的谷歌宣布，他们找到了一种通过构建某种冗余机制来解决问题的方法，使得增加量子比特数量反而能降低错误率。

传统计算机将信息存储在只能取0或1的比特中，而量子比特可以同时处于两种状态，这使得量子计算机能以本质上不同且通常更强大的方式处理数据。

量子计算利用了量子物理学著名的奇异行为——在被观测之前，原子、光和亚原子粒子都处于不确定状态，甚至它们的位置也像是一团扩散的波，而非空间中的单一点。

量子比特可以通过多种方式创建——从在超冷材料中移动的电子到被激光悬浮在固定位置的原子。目前大多数系统仅能连接少量量子比特，但谷歌去年12月通过在一个包含105个量子比特的系统中实现纠错功能，树立了一个里程碑。科学家们认为，如果这种方法能扩展到数千个量子比特，将彻底改变我们应对现实世界复杂性的方式——推动医学、能源存储、高效太阳能电池板、下一代宇航服等领域的突破，甚至催生我们尚未想象的创新。

“这个领域的发展速度令人振奋，“伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校研究量子计算的物理学家布莱恩·德马科表示。

在德马科的实验室里，研究人员利用单个原子的自旋来制造量子比特。他称这些原子可以与其环境高度隔离，使其量子行为占据主导地位，从而能够作为量子比特用于量子计算。

参与抗癌药物研究的科学家们仅使用一个16量子比特的系统，就发现了一种能够与KRAS蛋白结合的新分子。现有药物一直难以靶向这种蛋白质。

克里斯托夫·戈尔古拉，孟菲斯圣裘德儿童研究医院的生物学家表示，研究人员最终希望能指定药物需要执行的作用，然后利用量子计算机寻找适合该作用的分子。他称通过这一过程可能开发的药物数量可以用10后面跟着约60个零来描述。

他表示，量子计算机的优势并不单纯在于速度快，而是它能理解物质的“语言”，因此可以用更少的步骤达成目标。该研究的合著者戈尔古拉解释道：“在原子层面，真正支配一切的是量子力学——原子如何运动、如何相互作用以及作用强度。”

德马科对此表示认同：“质子和中子能通过电子结合形成原子，正是量子物理的法则使然。”他指出，化学规则有时足以解释现象，但往往力有不逮。而量子物理学提供了预测物质行为的终极公式——薛定谔方程。但问题在于，这个方程无法应用于构成人体的复杂分子体系，用传统计算机求解需要耗费数百万年。

科学家们不愿精确预测量子计算机何时能加速药物、化学品和新材料的研发进程，但许多人认为十年内将实现突破。上月，美国国防高级研究计划局（DARPA）启动“量子基准计划”，旨在2033年前实现工业级量子计算机的技术路线图。

该领域需要更多研究以持续突破，同时确保美国保持竞争优势。上周，多位行业领袖向国会作证，呼吁政府持续提供支持。

迈克尔·克拉提奥斯，唐纳德·特朗普总统的科学顾问，一直倡导量子计算和人工智能。然而，有人担心政府的预算削减——尤其是在研究领域——会阻碍这些努力。大幅削减已经导致一些科学家去其他地方工作。《自然生物技术》论文的主要作者、物理学家阿兰·阿斯普鲁-古兹克在特朗普2016年首次当选后离开了哈佛大学，前往多伦多大学，他提到对该国政治气候的担忧。

不确定性是科学本质的一部分——我们无法总是预测一项研究会带来什么结果，或者需要多长时间才能产生实际成果。但有一点我们可以确定，放弃努力只会让我们落后。

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