Komputery kwantowe mogą znacząco zmienić sposób w jaki funkcjonuje nauka, biznes i społeczeństwo. Ich potencjalna moc obliczeniowa w wielu przypadkach dalece przewyższa nawet najmocniejsze dostępne dzisiaj na rynku urządzenia. W przestrzeni medialnej sporo miejsca poświęca się kolejnym wizjom potęgi tego typu urządzeń, jednak mniej mówi się o praktycznych zastosowaniach obliczeń kwantowych. Eksperci z Capgemini Quantum Lab znaleźli taki obszar, w którym komputery kwantowe szybko i odczuwalnie wprowadzą konkretną wartość dodaną.
Wykorzystanie zjawisk kwantowych do bardziej efektywnych i lepiej skalowalnych obliczeń mogą pomóc nam rozwiązać niektóre z najtrudniejszych problemów, przed którymi globalnie stoimy. Rozwiązywanie problemów optymalizacyjnych z niewiarygodną ilością zmiennych naraz, dokładne modelowanie materiałów i substancji na poziomie chemii kwantowej, tworzenie modeli uczenia maszynowego lepiej przetwarzających dane czy wykrywające wzorce oraz rozwiązywanie układów wielu równań, chociażby dla modelowania mechanik konstrukcji, to zasadniczo clue obietnicy jaka stoi za obliczeniami kwantowymi.
W technologiach kwantowych, obok obliczeń kwantowych, wyróżniamy jeszcze obszar komunikacji kwantowej, która może zapewnić dodatkowe bezpieczeństwo w codziennej komunikacji, a także obszar wykrywania kwantowego, umożliwiający tworzenie czujników dla najdokładniejszych pomiarów na Ziemi i w przestrzeni kosmicznej.
Obliczenia kwantowe, niegdyś postrzegana jako science fiction, stają się obecnie faktem, dzięki znacznym inwestycjom w sprzęt, oprogramowanie i badania konkretnych oraz praktycznych przypadków użycia komputerów kwantowych. Jedną z jednostek, która zajmuje się badaniem możliwości obliczeń kwantowych jest Capgemini Quantum Lab.
To właśnie w tej jednostce Capgemini pracuje Marek Kowalik, Quantum Developer. Do jego codziennych obowiązków należy badanie potencjału technologii kwantowych na przykładach z życia wziętych. Marek jest współautorem opracowania, które pokazuje, że istnieje obszar, w którym komputery kwantowe mogą w najbliższej przyszłości dostarczyć bardzo wymiernych i praktycznych rezultatów. Promotorem technologii kwantowych w Capgemini Polska jest również Michał Mikucki, dyrektor poznańskiego oddziału firmy. Michał aktywnie włącza się w działalność społeczności rozwijającej obliczenia kwantowe, m. in. poprzez współorganizację międzynarodowych hackathonów kwantowych.
Czym jest chemia kwantowa?
Obszarem, na który wskazuje Marek Kowalik oraz inni badacze, którzy stworzyli opracowanie „Oparte na danych przewidywanie reaktywności ukierunkowanych inhibitorów kowalencyjnych przy użyciu obliczonych cech kwantowych do odkrywania leków” jako ten, gdzie obliczenia kwantowe mogą sporo zmienić jest chemia kwantowa. Według słownikowej definicji, jest to dział chemii teoretycznej zajmujący się zastosowaniem mechaniki kwantowej do opisu cząsteczek lub rodników. A do czego chemia kwantowa może być wykorzystana w praktyce?
Eksperci z Capgemini współpracowali z jedną z największych firm farmaceutycznych. Metoda wykorzystująca komputery kwantowe, którą dokładnie opisali, została zastosowana do przewidywania reaktywności serii fragmentów molekularnych fluorku sulfonylu wykorzystywanych do badania leków zawierających ukierunkowane inhibitory kowalencyjne. Brzmi to skomplikowanie, ale ma bardzo praktyczne zastosowanie - zadaniem członka Capgemini Quantum Lab i reszty zespołu było sprawdzenie potencjału technologii kwantowych w badaniu leków pod kątem wchodzenia w różne reakcje chemiczne, które mogą być niebezpieczne dla pacjentów.
– Z naszych badań wynika, że model, który stworzyliśmy dobrze nadaje się do skalowalnych obliczeń na kwantowym sprzęcie komputerowym najbliższych generacji. Zbadaliśmy również potencjał wykorzystania obecnych symulatorów kwantowych, które mają szczątkową moc docelowych maszyn kwantowych. Wyniki naszych prac są bardzo obiecujące. To właśnie chemia kwantowa może być dla obliczeń kwantowych tym, czym ChatGPT stał się dla rozwoju sztucznej inteligencji i boomu na AI – mówi Marek Kowalik.
Gdzie jeszcze sprawdzą się komputery kwantowe?
– Stoimy u progu prawdziwego przełomu w obliczeniach kwantowych, w których zaczynamy wykorzystywać potencjał ogromnej mocy obliczeniowej, a to otwiera nowe możliwości i zastosowania dla wielu branż. Taka moc obliczeniowa i możliwość obsługiwania bardzo wielu czynników jednocześnie stanowi niewątpliwie ogromną szansę dla branży farmaceutycznej. Zbudowane w oparciu o zasady mechaniki kwantowej, komputery nowej generacji wykorzystują różne rodzaje algorytmów do przeprowadzania optymalizacji kwantowej, symulacji, uczenia maszynowego czy wykorzystania sztucznej inteligencji. Jesteśmy świadkami rewolucji w badaniach i rozwoju w branży farmaceutycznej, szczególnie w modelowaniu i symulacji złożonych zjawisk chemicznych czy biologicznych, od struktur molekularnych leków czy szczepionek aż po interakcję z pacjentem biorąc pod uwagę jego indywidualne uwarunkowania i historię medyczną – komentuje Michał Mikucki.
Na przestrzeni zaledwie dekady, odkrywanie leków i rozwój badań klinicznych mogą zostać drastycznie przyspieszone dzięki obliczeniom kwantowym. Obliczenia kwantowe sprawią, że opracowywanie leków będzie znacznie tańsze, poprawią wskaźnik powodzenia badań klinicznych i ogólnie przyspieszą cały proces badawczo-rozwojowy. A to będzie miało ogromne korzyści dla nas wszystkich.
