量子計(jì)算賦能 突破新冠病毒檢測(cè)痛點(diǎn)

本報(bào)記者 吳長(zhǎng)鋒

安徽合肥高新區(qū)傳來消息，園區(qū)內(nèi)企業(yè)瀚海博興聯(lián)合本源量子，利用量子計(jì)算平臺(tái)，共同開發(fā)出系列特異性識(shí)別病毒的膠體金試劑盒—新冠病毒（COVID-19）抗原免疫直檢試劑盒、抗原抗體混檢試劑盒等產(chǎn)品。該系列產(chǎn)品可有效輔助核酸檢測(cè)，克服周期長(zhǎng)、操作復(fù)雜、對(duì)檢驗(yàn)場(chǎng)地、人員要求高的痛點(diǎn)；有效解決血清學(xué)抗體檢測(cè)發(fā)現(xiàn)時(shí)間晚，部分免疫缺陷人員無法檢出等痛點(diǎn)。而且，目前該系列試劑盒已取得歐盟CE認(rèn)證，并進(jìn)入中國(guó)商務(wù)部出口白名單。

量子算法對(duì)病毒結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速模擬

“量子計(jì)算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進(jìn)行計(jì)算的新型計(jì)算模式。從計(jì)算的效率上來說，由于量子力學(xué)疊加性，目前某些已知的量子算法在處理問題時(shí)速度遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)的通用計(jì)算機(jī)。”本源量子公司首席科學(xué)家、中國(guó)科大郭國(guó)平教授告訴科技日?qǐng)?bào)記者，在生物科技領(lǐng)域，量子計(jì)算可以極大地?cái)U(kuò)展人們對(duì)分子結(jié)構(gòu)和特性進(jìn)行模擬的能力。通過大規(guī)模的分析和機(jī)器學(xué)習(xí)，量子計(jì)算可以更好地幫助人們闡明基因表達(dá)，探索具體的突變產(chǎn)生的奧秘。

“量子計(jì)算時(shí)代正在接近，通過量子應(yīng)用系統(tǒng)探索量子計(jì)算具體的應(yīng)用場(chǎng)景已成為行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。”郭國(guó)平說，新藥物開發(fā)是現(xiàn)代先進(jìn)計(jì)算平臺(tái)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在市場(chǎng)上80%以上的新藥物研發(fā)都是借助超級(jí)計(jì)算平臺(tái)完成的。今年，加拿大D-Wave系統(tǒng)公司就為冠狀病毒研究員提供混合量子計(jì)算平臺(tái)的免費(fèi)訪問權(quán)限。

去年9月，全球首款量子計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件——本源量子化學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)ChemiQ正式亮相，成為我國(guó)首個(gè)針對(duì)量子化學(xué)和藥物研發(fā)的算法應(yīng)用程序。

“在研發(fā)有效藥物的過程中，化學(xué)家們同樣可以利用量子計(jì)算機(jī)的快速數(shù)據(jù)處理能力評(píng)估分子、蛋白質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)之間的相互作用，來檢查藥物是否會(huì)改善某些問題或治愈疾病。”郭國(guó)平告訴記者，量子ChemiQ化學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，可用于模擬計(jì)算化學(xué)分子在不同鍵長(zhǎng)下對(duì)應(yīng)的能量，為量子計(jì)算在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供基礎(chǔ)，幫助相關(guān)人員探索量子計(jì)算應(yīng)用、推動(dòng)生物科技研發(fā)進(jìn)程。“我們開發(fā)的量子計(jì)算算法對(duì)病毒結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬以及對(duì)藥物靶點(diǎn)進(jìn)行排序，優(yōu)化組合和篩選等。”郭國(guó)平說。

未來，或幾天就能研發(fā)出新疫苗或藥物

去年9月11日，瀚海博興加入本源量子計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟OQIA，共同致力于量子計(jì)算在生物大分子改構(gòu)、蛋白質(zhì)定向進(jìn)化等領(lǐng)域的研發(fā)推進(jìn)工作。

借助該量子算法程序軟件包，聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)對(duì)新冠病毒的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)演化進(jìn)行量子模擬，通過聯(lián)合攻關(guān)，他們不僅開發(fā)出多株高特異、高親和力抗新冠病毒S蛋白和N蛋白的全人抗體、納米羊駝抗體和兔抗體，而且進(jìn)一步根據(jù)量子化學(xué)算法進(jìn)行抗體親和力改造、空間位阻改造等實(shí)現(xiàn)抗體優(yōu)化，并根據(jù)結(jié)構(gòu)模擬、實(shí)驗(yàn)再驗(yàn)證等，實(shí)現(xiàn)多株抗體之間的有效配對(duì)。借助于量子計(jì)算的賦能，讓他們能夠?yàn)槭澜缈箵粜鹿诓《咎峁└旖荨⒏鼫?zhǔn)確、更早期、更便利的檢測(cè)工具。

“現(xiàn)在僅僅用了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。而對(duì)艾滋病病毒（HIV）進(jìn)行類似的結(jié)構(gòu)分析花了4年時(shí)間。”郭國(guó)平告訴記者，目前藥物研發(fā)過程中的一個(gè)主要問題是高度依賴于經(jīng)驗(yàn)。

“分子制造出來后需要進(jìn)行測(cè)試，而不能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)它的效果，而且可能無法預(yù)測(cè)未來的并發(fā)癥。這大幅降低了藥物研發(fā)領(lǐng)域的成本與效益比。”郭國(guó)平說，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(kù)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的研發(fā)。“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，找到問題的解決方案。”

“可能需要幾十年的時(shí)間，才能制造出能夠模擬蛋白質(zhì)大小的分子且足夠大的量子計(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。”郭國(guó)平說。或許，未來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。

[責(zé)任編輯：楊凡、單提詞]

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