Могат ли квантовите изчисления наистина да нарушат фармацевтичната индустрия?


Квантовите изчисления стават все по-добри много внимание от инвеститори през последните две години. Едно от най-ранните — и най-доходоносни — приложения може да бъде във фармацевтичната индустрия и по-специално за откриване на лекарства.

„Фармацевтичната индустрия харчи около 15% от приходите си за научноизследователска и развойна дейност. Това са огромни пари. Ако квантовите компютри се използват само за 1% от тази работа, това би бил доста значителен пазар“, казва Оливър Кал. Той е директор на MIG Capital, немска фирма за рисков капитал, която има инвестирани в IQMедин от най-големите квантови стартъпи в Европа.

Две европейски стартиращи компании, използващи квантово изчисление за откриване на лекарства, вече събраха пари тази година: финландският Algorithmiq донесе 4 милиона долара през февруари, а базираната в Париж Qubit Pharmaceuticals събра 16 милиона евро през юни. Освен тази швейцарска компания Земята толкова която има фармацевтични приложения в своя модел квант като услуга, събра $75 милиона през март.

Но колко далече е квантовата наука от наистина разрушаване на фармакологията?

Какво могат да предложат квантовите изчисления на фармацевтичните компании?

С няколко думи: много, много по-бързо откриване на лекарства.

„Традиционното“ откриване на лекарства изисква скрининг на хиляди молекули, за да се намерят кандидати, които след това трябва да бъдат тествани върху животни и хора в изключително контролирани условия. Преди това да се случи, учените трябва да идентифицират правилната молекула в телата ни, към която лекарствата могат да бъдат насочени за лечение на определено състояние.

Целият процес може да отнеме години. Като се има предвид това само 10% на лекарства, тествани в клинични изпитвания, получат одобрение, картината изглежда доста мрачна.

За да ускорят откриването на лекарства и да намалят разходите, стартиращи компании като базираните в Обединеното кралство BenevolentAI и Exscientia са с помощта на изкуствен интелект да предскаже кои кандидати за лекарства е най-вероятно да успеят.

Квантовите изчисления биха могли да доведат до тези прогнози, като симулират кандидати за лекарства и техните цели, за да намерят най-доброто съвпадение. Това е нещо, което класическите компютри просто не могат да направят.

Сабрина Манискалко, главен изпълнителен директор на Algorithmiq

Според Сабрина Манискалко, главен изпълнителен директор на Algorithmiq, симулирането на проста молекула като вода с квантов компютър ще се нуждае от паметта, еквивалентна на съобщение в WhatsApp. Но симулирането на сложна молекула като пеницилин “би изисквала повече памет от общия брой атоми във Вселената – фундаментално е невъзможно да се симулира на класически компютър”.

„Искаме да бъдем първите, които доказват, че квантовите изчисления могат да направят нещо, което силициевите компютри не могат“, казва Манискалко пред Sifted.

Квантовите симулации не само биха намалили времето и парите, необходими за откриването на лекарства – те биха могли също да позволят на учените да открият напълно нови лекарства, които традиционните подходи не са. „Това няма да бъде постепенна промяна, а разрушителна.“

Работа с несъвършени квантови компютри

Въпреки всички приказки за потенциала на квантовите изчисления, технологията все още е в ранен етап на развитие. В момента IBM има най-мощния квантов процесор със 127 кубита – квантовият еквивалент на компютърен бит.

Изчислителната мощност е ограничена в тези малки процесори, но Maniscalco вярва, че е достатъчна, за да се използва в сценарии от реалния свят. Първата цел на нейната компания е частично да симулира ензими – по-специално частта от ензима, която взаимодейства с други молекули.

Основното предизвикателство на Algorithmiq е, че съществуващите квантови устройства са изключително чувствителни към околната среда, което означава, че всяко взаимодействие с тяхната среда – като най-малките промяна в температурата — може да доведе до грешки в изчисленията. Бъдещите квантови компютри ще се предлагат с функции за коригиране на грешки, но това ще изисква много по-големи памети, които Maniscalco изчислява, че няма да бъдат налични след 15 до 30 години.

Algorithmiq иска да реши този проблем сега. Стратегията на стартъпа е да разработи алгоритъм за почистване на сигнала, генериран от квантов компютър. „Това е като да направите снимка с най-добрата настройка на светлината, най-добрата камера и да я подобрите допълнително във Photoshop.“

Робърт Марино, главен изпълнителен директор на Qubit Pharmaceuticals
Робърт Марино, главен изпълнителен директор на Qubit Pharmaceuticals

„Квантовите компютри сега са там, където класическите компютри бяха през 60-те и 70-те години – те са създадени да решават специфични проблеми, те не са универсални компютри“, казва Робърт Марино, главен изпълнителен директор на Qubit Pharmaceuticals.

Неговият стартъп е избрал хибриден подход, за да заобиколи настоящите ограничения на квантовите компютри. Идеята е да се идентифицират конкретни стъпки, при които квантовите изчисления могат да решават сложни математически проблеми по-ефективно от класическия компютър. „Нарязваме големите проблеми на малки части, за да работим с това, което е налично“, казва Марино пред Sifted.

Една такава стъпка би била картографирането на всички възможни „форми“ или състояния, които може да приеме целта за наркотици. Тъй като някои молекули могат да взаимодействат с лекарства само когато са в много специфично състояние, използването на квантово изчисление за картографирането им може да разкрие редки цели за кандидати за лекарства, които класическите компютри не са успели да намерят.

„Необходими са много изчисления само за тази стъпка; квантовите изчисления биха могли да спестят хиляди компютърни часове“, казва Марино.

В рамките на две до три години той очаква Qubit Pharmaceuticals да използва квантови компютри за 5-10% от процеса на откриване на лекарства и класически компютри за всички останали.

Проявява ли интерес фармацията?

„В момента фармацевтичните компании са във фазата „какво можем да направим с него“ — всички са много заинтересовани да опитат, да научат, да видят случаи на употреба и да сравнят квантовите изчисления с класическите изчисления“, казва Марино.

„Бих казал, че са в състояние на технологично любопитство. Не ми е известно нито една утвърдена фармацевтична компания, която в момента използва каквото и да е квантово изчислително средство извън ниво на доказване на концепцията или пилотно ниво“, казва Кал пред Sifted.

Някои фармацевтични компании започват да навлизат в квантовите компютри. M Ventures, рисковият клон на Merck, инвестира в базирания в САЩ квантов стартъп Seeqc. BASF е един от инвеститорите в Zapata Computing, базиран в САЩ стартъп, разработващ квантов софтуер. Biogen си партнира с 1QBit, за да използва квантово изчисление, за да ускори откриването на лекарства. Фондацията Novo Nordisk току-що отдели 200 милиона долара за разработването на квантови компютри за фармацевтични и климатични приложения.

„Днес няма квантови компютри, които могат да управляват наистина комерсиално значими алгоритми“, казва Ганголф Шримпф, който ръководи връзките с медиите в Merck. „Изчисляваме, че първите подходящи за търговската мрежа машини ще пристигнат през 2025 г. или по-късно. Това обаче не означава, че няма да работим по-рано от 2025 г. с по-малко сложни версии.

„Сигурно може да се каже, че повечето фармацевтични компании са наясно с областта и нейния потенциал за разрушаване и са ангажирали своите иновационни екосистеми (венчър, ускорители, бизнес развитие), за да изградят ранни партньорства.“

Той добавя, че развитието на вътрешното ноу-хау на квантовите технологии е част от стратегията на Merck да бъде готов, когато квантовите изчисления започнат да се развиват. „Ние активно сканираме квантовото пространство за допълнителни инвестиционни цели, включително и съседни технологии като квантово наблюдение.“

Кога – ако изобщо – технологията ще даде резултат?

„Квантовото изчисление вече се оказва полезно при откриването на лекарства, дори ако все още не можем да симулираме сложни молекули“, казва Флориан Нойкарт, главен продуктов директор в Terra Quantum. Той вярва, че значими молекулярни симулации за фармацевтичната индустрия могат да бъдат възможни през следващите три до пет години.

Maniscalco сравнява работата, която квантовите стартиращи фирми вършат днес, с кацането на Луната – компютърът, използван за кацането на Apollo, имаше по-малка процесорна мощност от днешния смартфон, но екипът зад него все пак успя да постигне нещо, което беше невъзможно дотогава.

Маргарет Хамилтън през 1969 г. до кода, който е написала за кацане на Аполо на Луната
Маргарет Хамилтън през 1969 г. до кода, който е написала на ръка за кацане на Аполо на Луната

„Пълноценните молекулярни симулации изискват милиони и милиарди кюбити и портове с висока точност. Аз лично очаквам десетилетия на по-нататъшно развитие, преди подобни системи да станат реалност“, казва Кал. „Що се отнася до това кога квантовите изчисления ще могат да създават стойност за фармацевтичните компании, консервативното предположение не е преди края на десетилетието.“

Леони Муек, главен продуктов директор в базирания в Обединеното кралство квантов стартъп Riverlane, предлага по-оптимистична визия. Тя посочва, че бъдещите изследователски пробиви могат да разкрият нови методи, които значително намаляват ресурсите, необходими за изпълнението на тези квантови алгоритми. Това се е случвало и преди в квантовото поле и може да ускори планираните срокове.

Квантовото изчисление може да бъде от полза за фармацевтичната индустрия и по други начини. Например оптимизиране на веригата за доставки на производство на лекарства или използване на квантови компютри за симулиране на ефектите, които едно лечение ще има върху пациентите, което може значително да увеличи степента на успех на клиничните изпитвания.

Можем ли да очакваме квантов балон?

„Квантовите компютри привлякоха доста фенове и множество квантови евангелисти гръмогласно възхваляват идването на квантовата ера. Това може да звучи саркастично, ако не и цинично, но квантовата теория е много сложна област, която не се разбира от мнозина“, казва Кал.

Често срещано погрешно вярване е, че квантовите изчисления ще осигурят експоненциално увеличение на изчислителната скорост в сравнение с традиционните компютри. Според Кал има само няколко известни алгоритми, за които знаем със сигурност, че значително ще надминат класическото изчисление, когато се изпълняват на големи квантови компютри. “Скорошни проучвания посочва, че няма доказателства за експоненциално квантово предимство в квантовата химия и следователно във фармацевтичните приложения.

„За съжаление, много инвеститори изглежда не знаят, не искат да знаят или не разбират това; страхът от пропускане със сигурност има голям принос.“

Шримпф добавя: „Нашето основно безпокойство е, че квантовите технологии ще претърпят цикъл на бум-срив, който ще пресуши възможностите за финансиране. Квантовото изчисление няма да бъде цялостното решение за изчисленията и нито всеки бъдещ смартфон ще има ядро ​​за квантово изчисление – поне не в обозримо бъдеще.

„Квантовите компютри се справят с много нишови, сложни математически проблеми в случаи на промишлена употреба с висока стойност […] Ние вярваме, че е важно да управляваме шума и очакванията и да предоставим на полето силен, но по-важното, непрекъснат поток от финансиране, включително търпелив частен капитал и инициативи за публично финансиране.“

Neukart смята, че квантовите компютри вероятно ще следват типичния цикъл на реклама, през който са преминали много други технологични сектори. „Когато започна машинното обучение, хората смятаха, че можете да го приложите към всеки проблем, който имате. Предизвикателството е да се съобщи къде квантовите компютри са полезни и къде не.“

Според Neukart, в сравнение с други индустрии фармацевтиката е склонна да внимава да не прави някакви извънредни претенции – което означава, че цикълът на реклама може да не я удари толкова силно.

„Бих очаквал пазарите да се охладят – да се надяваме, че няма да замръзнат – когато хората се събудят за реалността на по-бавното от очакваното технологично развитие“, казва Кал. „Втората вълна ще се развие по-бавно и вероятно ще бъде по-фокусирана върху индустриалните вертикали, където има ясни доказателства за експоненциално квантово предимство.“

Клара Родригес Фернандес е кореспондент на Deeptech на Sifted, базирана в Берлин.