IBM та Moderna змоделювали найдовший шаблон мРНК без штучного інтелекту — замість цього вони використали квантовий комп'ютер.

(Зображення надано: CHRISTOF BURGSTEDT/SCIENCE PHOTO LIBRARY через Getty Images)

Дослідники з IBM та Moderna успішно використали алгоритм квантового моделювання для прогнозування складної вторинної білкової структури послідовності мРНК довжиною 60 нуклеотидів, найдовшої з коли-небудь змодельованих на квантовому комп'ютері.

Матрица-рибонуклеїнова кислота (мРНК) – це молекула, яка переносить генетичну інформацію від ДНК до рибосом. Вона керує синтезом білка в клітинах і використовується для створення ефективних вакцин, здатних стимулювати специфічні імунні відповіді.

Широко поширена думка, що вся інформація, необхідна білку для прийняття правильної тривимірної конформації, забезпечується його амінокислотною послідовністю або «згортанням».

Вам може сподобатися

Вчені вперше використовують квантове машинне навчання для створення напівпровідників – і це може змінити спосіб виготовлення чіпів
Мільйони кубітів на одному квантовому процесорі тепер можливі завдяки кріогенному прориву
Проривний квантовий комп'ютер може вирішувати проблеми у 200 разів швидше, ніж суперкомп'ютер

Хоча мРНК складається лише з одного ланцюга амінокислот, вона має вторинну білкову структуру, що складається з серії складок, що надають даній молекулі специфічної тривимірної форми. Кількість можливих перестановок складок експоненціально зростає з кожним доданим нуклеотидом. Це робить завдання прогнозування форми молекули мРНК складним у вищих масштабах.

Експеримент IBM та Moderna, описаний у дослідженні, вперше опублікованому для Міжнародної конференції IEEE з квантових обчислень та інженерії 2024 року, продемонстрував, як квантові обчислення можна використовувати для доповнення традиційних методів таких прогнозів. Традиційно ці прогнози зазвичай спиралися на двійкові, класичні комп'ютери та моделі штучного інтелекту (ШІ), такі як AlphaFold від Google DeepMind.

Згідно з новим дослідженням, опублікованим 9 травня в базі даних arXiv preprint, алгоритми, здатні працювати на цих класичних архітектурах, можуть обробляти послідовності мРНК з «сотнями або тисячами нуклеотидів», але лише виключаючи ознаки вищої складності, такі як «псевдовузли».

Псевдовузли – це складні вигини та форми у вторинній структурі молекули, які здатні вступати у складніші внутрішні взаємодії, ніж звичайні складки. Через їх виключення потенційна точність будь-якої моделі прогнозування згортання білків принципово обмежена.

Розуміння та прогнозування навіть найдрібніших деталей білкових складок молекули мРНК є невід'ємною частиною розробки точніших прогнозів і, як наслідок, ефективніших вакцин на основі мРНК.

Вчені сподіваються подолати обмеження, властиві найпотужнішим суперкомп'ютерам та моделям штучного інтелекту, доповнюючи експерименти квантовими технологіями. Дослідники провели численні експерименти, використовуючи алгоритми квантового моделювання, які спиралися на кубіти — квантовий еквівалент комп'ютерного біта — для моделювання молекул.

Спочатку використовуючи лише 80 кубітів (з можливих 156) на квантовому процесорі R2 Heron (QPU), команда застосувала варіаційний квантовий алгоритм на основі умовної вартості ризику (VQA на основі CVaR) — алгоритм квантової оптимізації, змодельований за певними методами, що використовуються для аналізу складних взаємодій, таких як методи запобігання зіткненням та оцінки фінансових ризиків, — для прогнозування вторинної білкової структури послідовності мРНК довжиною 60 нуклеотидів.

Згідно з дослідженням, попереднім найкращим результатом для квантової симуляційної моделі була послідовність з 42 нуклеотидів. Дослідники також масштабували експеримент, застосувавши новітні методи корекції помилок для боротьби з шумом, що генерується квантовими функціями.

ПОВ'ЯЗАНІ ІСТОРІЇ

—«Наукова проблема вирішена»: IBM створить монструозний квантовий комп'ютер на 10 000 кубітів до 2029 року

— Вчені досягли рівня помилок квантових комп'ютерів 0,000015% — світового рекорду, який може призвести до створення менших та швидших машин.

— «Ці рішення були абсолютно безрозсудними»: Скорочення фінансування мРНК-вакцин зробить Америку більш вразливою до пандемій

У новому дослідженні, опублікованому на препринті, команда попередньо продемонструвала ефективність експериментальної парадигми у запуску симульованих екземплярів з використанням до 156 кубітів для послідовностей мРНК довжиною до 60 нуклеотидів. Вони також провели попереднє дослідження, що демонструє потенціал використання до 354 кубітів для тих самих алгоритмів у безшумних умовах.

Нібито, збільшення кількості кубітів, що використовуються для запуску алгоритму, одночасно масштабуючи алгоритми для додаткових підпрограм, має призвести до точніших симуляцій та можливості прогнозувати довші послідовності, сказали вони.

Однак вони зазначили, що «ці методи вимагають розробки передових методів вбудовування цих проблемно-специфічних схем в існуюче квантове обладнання», що вказує на те, що для просування досліджень знадобляться кращі алгоритми та архітектури обробки.

Трістан Грін

Трістан — журналіст, що спеціалізується на науці та технологіях, що мешкає в США. Він висвітлює теми штучного інтелекту (ШІ), теоретичної фізики та передових технологій.

Його роботи були опубліковані в численних виданнях, включаючи Mother Jones, The Stack, The Next Web та Undark Magazine.

До журналістики Трістан 10 років служив у ВМС США програмістом та інженером. Коли він не пише, він любить грати в ігри з дружиною та вивчати військову історію.

Ви повинні підтвердити своє публічне ім'я, перш ніж коментувати

Будь ласка, вийдіть із системи, а потім увійдіть знову. Після цього вам буде запропоновано ввести своє ім'я для відображення.

Вийти Читати далі

Вчені вперше використовують квантове машинне навчання для створення напівпровідників – і це може змінити спосіб виготовлення чіпів

Мільйони кубітів на одному квантовому процесорі тепер можливі завдяки кріогенному прориву

Проривний квантовий комп'ютер може вирішувати проблеми у 200 разів швидше, ніж суперкомп'ютер

Алгоритми «квантового штучного інтелекту» вже випереджають найшвидші суперкомп'ютери, йдеться в дослідженні

«Як майстер гри в тетріс»: вчені винаходять квантові віртуальні машини — вони скоротять час виконання з днів до годин

Прорив Microsoft може зменшити кількість помилок у квантових комп'ютерах у 1000 разів. Найновіші новини в галузі обчислювальної техніки.

Вчені втиснули цілий комп'ютер в одне волокно одягу — і його навіть можна пропустити в пральній машині

Китайська «Мавпа Дарвіна» – найбільший у світі суперкомп'ютер, натхненний роботою мозку

Японія запускає свій перший власний квантовий комп'ютер

Ця маловідома 80-річна машина може бути ключем до розкриття повного потенціалу штучного інтелекту сьогодні.

Вчені досягли рівня помилок квантових комп'ютерів 0,000015% — світового рекорду, який може призвести до створення менших і швидших машин. Останні новини

«Я довіряю ШІ, як моряк довіряє морю. Він може занести вас далеко, або ж може втопити»: результати опитування показують, що більшість не довіряє ШІ

Всього одна доза ЛСД може полегшити тривогу на місяці, показало дослідження

Вчені виявили «щось надзвичайне» в проблемному серці відомої наднової

Вчені винайшли «спермоботів», яких вони пілотували через штучну шийку матки та матку

Наукові новини цього тижня: ключова атлантична течія наближається до колапсу, найбільший у світі айсберг руйнується, а мозок миші переписує нейронауку

Рибалки виявили в Карибському басейні першу у своєму роді яскраво-помаранчеву акулу з двома рідкісними захворюваннями ОСТАННІ СТАТТІ

Огляд 1Canon EOS R5 II

Вчені знайшли «щось надзвичайне» у проблемному серці відомої наднової

Розпечена «піщана батарея» 3A тепер опалює невелике фінське містечко

4 Чи існують альфа-самці насправді?

5 наукових новин цього тижня: ключова атлантична течія наближається до руйнування, найбільший у світі айсберг руйнується, а мозок миші переписує нейронауку

Live Science є частиною Future US Inc, міжнародної медіагрупи та провідного цифрового видавництва. Відвідайте наш корпоративний сайт.