数学家们发现了一种增强量子计算机以模拟复杂量子系统（如分子）的方法。这个突破可能提高我们预测新药在人体内作用的能力，提供了一种转变药物开发的方法。
来自哥本哈根大学的研究人员发现了一种方法，可以升级量子计算机以模拟复杂的量子系统，包括分子。这一进展使我们更接近了解新药如何在我们体内运作，并有潜力改变制药开发领域。
创造一种新药通常需要十年以上的时间，并可能耗资数亿到数十亿欧元，过程中常伴随无数失败。想象一下，如果我们能够在开始实验室试验之前就预测药物在体内的作用，可能将漫长的过程缩短到几个月。
由于药物由分子组成，而分子又由原子构成，因此准确复制它们的行为离不开量子计算机，因为原子遵循量子力学规则。这带来了重大挑战，因为传统计算机无论大小，都缺乏以所需精度处理大量信息的能力。
哥本哈根大学量子生命中心的一组物理学家、计算机科学家和数学家花费多年时间理解如何利用被称为量子模拟器的专用量子计算机来预测分子的行为。
尺寸是主要问题吗？
量子计算领域的研究人员面临的一个主要问题是当前量子计算机的规模有限。它们只能模拟少量原子，但这很成问题，因为药物中复杂的分子可能由数百万个原子组成。
最近，量子生命团队在解决这一挑战方面取得了显著进展，设计出一种数学框架，简化了量子模拟器的编程，从而在不增加其规模的情况下增强了其计算能力。
“量子模拟器不仅利用量子硬件，还利用量子软件——本质上是操纵量子模拟器的指南。这些新成果代表了软件的重大进展，提供了更有效的方式来扩展现有硬件以处理更复杂的任务，”研究论文的主要作者、量子生命中心的博士候选人迪伦·哈雷（Dylan Harley）解释道。
人们普遍认为，要增强量子模拟器，需要从头开始重建。新开发的量子算法克服了这一障碍，并且在软件中至关重要。它在被模拟粒子之间引入了可控的噪声，以确保模拟顺利进行，而不会卡住。这个概念是多用途的，可以应用于各种类型的量子硬件，无论是由原子、离子还是如超导量子比特的合成原子制成。
改变药物开发的潜力
“量子技术有着为未来制备先进药物的巨大潜力。然而，如果不有效地扩展量子模拟器，它们的实际应用仍然有限。这就是为什么确定我们的量子软件如何帮助这个扩展过程至关重要。现在，我们拥有了一种实现这一目标的策略，”量子理论教授、量子生命中心负责人马蒂亚斯·克里斯坦德尔（Matthias Christandl）表示。
克里斯坦德尔强调，如果研究人员成功建立一个高效的量子模拟器，可能会带来革命性的影响：
“如果我们能够利用计算机预测新药在人体内的反应，而不需要进行任何试验，这将彻底改变制药开发和测试过程，显著减少将实验室发现转化为患者治疗所需的时间。”
下一阶段将是在量子计算硬件上应用这一数学框架。
