Grupa naukowców z Rosyjskiego Centrum Kwantowego pod przewodnictwem Aleksieja Fiodorowa wraz z
Przyspieszenie składania genomu pod nieobecnośćOdniesienie do wykorzystania komputerów kwantowych umożliwi wykorzystanie uzyskanych danych do udzielania pomocy w nagłych wypadkach oraz w analizie nowych typów chorób. Chociaż pełna rekonstrukcja pierwotnego genomu potrzebna do personalizacji podejścia medycznego jest w dalszym ciągu niemożliwa na urządzeniach kwantowych ze względu na ich niewystarczającą moc, naukowcom udało się opracować algorytm i rozwiązać szereg problemów technicznych, zwiększając w ten sposób dokładność i przyspieszając proces analizy danych.
Kwantowe urządzenia komputerowe są w stanie to zrobićprzetwarzać większą liczbę zmiennych, jednocześnie znacznie redukując nie tylko czas, ale także koszty finansowe. Wyniki mogą znacznie ułatwić badanie nowych gatunków i zmian strukturalnych w DNA, których nie można wykryć za pomocą klasycznego mapowania, oraz rearanżacji genomowych w komórkach nowotworowych. Tym samym wprowadzenie technologii kwantowych przyczynia się do szybszego rozwoju medycyny personalizowanej.
Pierwszy genom zsekwencjonowano ponad 40 lat temu(bakteriofag fX 174). Jednak o ile pierwsze składanie ludzkiego genomu trwało około 13 lat, dziś instytucje publiczne i prywatne są w stanie zakończyć ten proces w ciągu kilku tygodni. Uczestnicy eksperymentu wykazali skuteczność obliczeń kwantowych w zadaniach bioinformatycznych, przeprowadzając po raz pierwszy badania w oparciu zarówno o dane rzeczywiste, jak i symulowane.
„Jedno z najważniejszych zadań w dziedzinie kwantowościInformatyka polega na znajdowaniu przydatnych aplikacji. Bioinformatyka i genetyka często borykają się ze złożonymi problemami obliczeniowymi, które można przyspieszyć za pomocą komputerów kwantowych. W naszych badaniach pokazaliśmy możliwość wykorzystania niektórych typów komputerów kwantowych – urządzeń do wyżarzania kwantowego – do rozwiązywania problemów związanych ze składaniem genomu. Zastosowaliśmy także algorytm wyżarzania inspirowany kwantami, który opiera się na modelowaniu zachowania układów kwantowych. W przyszłości zakres zastosowań technologii obliczeń kwantowych w problemach genetycznych może zostać znacznie poszerzony” – powiedział Alexey Fedorov, główny autor badania.
„Możliwości komputerów kwantowych pozwalająświeże spojrzenie na zadania, w tym bioinformatykę, które wcześniej wydawały się zbyt skomplikowane obliczeniowo. W naszym badaniu ocenialiśmy perspektywy wykorzystania komputerów kwantowych w analizie genomów ludzi i innych organizmów. Na styku tych obszarów pojawiają się nowe metody, za pomocą których coraz bardziej jakościowo analizowane są rosnące ilości danych (uwaga, genom jednej osoby zajmuje około 100 GB). Ponadto nowe metody pozwalają nie czekać całymi dniami na wyniki badań genetycznych w sytuacjach, gdy liczy się zegar” – powiedział Alexander Rakitko, Dyrektor Produktu Genotek.
ICQT jest największym rosyjskim i jednym z najbardziejprestiżowe światowe konferencje dotyczące technologii kwantowych. Program obejmuje nie tylko doniesienia naukowe na wysokim poziomie, ale także Dzień Otwarty dla szerokiego grona odbiorców. W tym roku konferencję organizują Rosyjskie Centrum Kwantowe, Państwowa Korporacja Energii Atomowej ROSATOM oraz Narodowe Laboratorium Kwantowe. Generalnym partnerem wydarzenia jest Sbierbank. Partnerami były Rosyjska Akademia Nauk, Gazprombank, Fundacja Roscongress i MISiS. Wydarzenie odbywa się w ramach Roku Nauki i Techniki.
Wyniki opublikowane w ScientificRaporty i zaprezentowane na VI Międzynarodowej Konferencji Technologii Kwantowych ICQT-2021. Badanie było również wspierane przez Rosyjską Fundację Naukową, a także dostęp do urządzeń kwantowych w ramach globalnej walki z COVID-19.
Czytaj więcej
Mgławice, komety i gwiezdne żłobki: pokazuje najlepszą astrofotografię roku
Zmiany orbity Ziemi przyczyniły się do powstania złożonego życia na planecie
Dane z satelitów szpiegowskich pomogły ustalić przyczynę topnienia lodowców w Azji