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量子計算賦能 突破新冠病毒檢測痛點

發布日期:2020-07-04 信息來源:科技日報

   安徽合肥高新區傳來消息,園區內企業瀚海博興聯合本源量子,利用量子計算平臺,共同開發出系列特異性識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品。該系列產品可有效輔助核酸檢測,克服周期長、操作復雜、對檢驗場地、人員要求高的痛點;有效解決血清學抗體檢測發現時間晚,部分免疫缺陷人員無法檢出等痛點。而且,目前該系列試劑盒已取得歐盟CE認證,并進入中國商務部出口白名單。

  量子算法對病毒結構進行快速模擬

  “量子計算是一種遵循量子力學規律調控量子信息單元進行計算的新型計算模式。從計算的效率上來說,由于量子力學疊加性,目前某些已知的量子算法在處理問題時速度遠快于傳統的通用計算機。”本源量子公司首席科學家、中國科大郭國平教授告訴科技日報記者,在生物科技領域,量子計算可以極大地擴展人們對分子結構和特性進行模擬的能力。通過大規模的分析和機器學習,量子計算可以更好地幫助人們闡明基因表達,探索具體的突變產生的奧秘。

  “量子計算時代正在接近,通過量子應用系統探索量子計算具體的應用場景已成為行業發展的趨勢。”郭國平說,新藥物開發是現代先進計算平臺最重要的應用領域之一。據統計,現在市場上80%以上的新藥物研發都是借助超級計算平臺完成的。今年,加拿大D-Wave系統公司就為冠狀病毒研究員提供混合量子計算平臺的免費訪問權限。

  去年9月,全球首款量子計算機應用軟件——本源量子化學應用系統ChemiQ正式亮相,成為我國首個針對量子化學和藥物研發的算法應用程序。

  “在研發有效藥物的過程中,化學家們同樣可以利用量子計算機的快速數據處理能力評估分子、蛋白質和化學物質之間的相互作用,來檢查藥物是否會改善某些問題或治愈疾病。”郭國平告訴記者,量子ChemiQ化學應用系統,可用于模擬計算化學分子在不同鍵長下對應的能量,為量子計算在化學領域的應用提供基礎,幫助相關人員探索量子計算應用、推動生物科技研發進程。“我們開發的量子計算算法對病毒結構進行模擬以及對藥物靶點進行排序,優化組合和篩選等。”郭國平說。

  未來,或幾天就能研發出新疫苗或藥物

  去年9月11日,瀚海博興加入本源量子計算產業聯盟OQIA,共同致力于量子計算在生物大分子改構、蛋白質定向進化等領域的研發推進工作。

  借助該量子算法程序軟件包,聯合攻關團隊對新冠病毒的化學分子結構和動力學演化進行量子模擬,通過聯合攻關,他們不僅開發出多株高特異、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,而且進一步根據量子化學算法進行抗體親和力改造、空間位阻改造等實現抗體優化,并根據結構模擬、實驗再驗證等,實現多株抗體之間的有效配對。借助于量子計算的賦能,讓他們能夠為世界抗擊新冠病毒提供更快捷、更準確、更早期、更便利的檢測工具。

  “現在僅僅用了12天的時間,就用新技術繪制出了新型冠狀病毒的外部‘突刺’蛋白。而對艾滋病病毒(HIV)進行類似的結構分析花了4年時間。”郭國平告訴記者,目前藥物研發過程中的一個主要問題是高度依賴于經驗。

  “分子制造出來后需要進行測試,而不能準確地預測它的效果,而且可能無法預測未來的并發癥。這大幅降低了藥物研發領域的成本與效益比。”郭國平說,如果人類有無限的計算能力,就可以簡單地掃描這些數據庫并計算每個分子是否可以用于新型冠狀病毒的治療或疫苗的研發。“我們只需將這些分子輸入到模擬環境中,然后在化學空間中進行篩選,找到問題的解決方案。”

  “可能需要幾十年的時間,才能制造出能夠模擬蛋白質大小的分子且足夠大的量子計算機,但當這樣的計算機出現時,它將意味著制藥和化學工業運作方式的徹底變革。”郭國平說。或許,未來一種新的流行病的出現,科學家們可以在幾天內識別并開發出一種潛在的疫苗或藥物。 

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