悉尼納米科學(xué)中心的 Pablo Fernandez Pe?as 教授（左）、Ivan Kassal 副教授和 Tingrei Tan 博士。

（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

在澳大利亞悉尼納米科學(xué)中心，由悉尼醫(yī)學(xué)院、物理和化學(xué)系組成的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)正在利用量子技術(shù)探索新分子來(lái)治療疾病。

由悉尼大學(xué)納米研究所的Tingrei Tan博士 領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)拿下了美國(guó)非營(yíng)利組織 Wellcome Leap的合同，以開(kāi)發(fā)適用于生物和健康領(lǐng)域的實(shí)用量子技術(shù)。 Wellcome Leap組織的量子生物（Q4Bio）計(jì)劃是一個(gè)價(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元的項(xiàng)目，該項(xiàng)目專(zhuān)注于識(shí)別、開(kāi)發(fā)及落地在人類(lèi)健康領(lǐng)域的應(yīng)用，這些應(yīng)用將得益于量子計(jì)算機(jī)。

量子生物計(jì)劃已與全球10+個(gè)團(tuán)隊(duì)展開(kāi)合作，其中悉尼大學(xué)納米研究所是唯一簽訂合同的澳大利亞研究機(jī)構(gòu)。

該團(tuán)隊(duì)的研究目標(biāo)是利用量子技術(shù)研發(fā)出可以治療皮膚癌或改善防曬霜的新分子。 Tingrei Tan博士表示：“我們很高興能與Wellcome Leap目標(biāo)一致，共同致力于加速量子計(jì)算在人類(lèi)健康領(lǐng)域中的應(yīng)用。我們的跨學(xué)科研究旨在突破當(dāng)前藥物開(kāi)發(fā)中的一個(gè)重要瓶頸——傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)分子中的量子化學(xué)動(dòng)力學(xué)?！?Tingrei Tan博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)將創(chuàng)新開(kāi)發(fā)這類(lèi)量子解決方案，以解決計(jì)算藥物發(fā)現(xiàn)中最為棘手的問(wèn)題之一。

他們將開(kāi)發(fā)一種新型算法來(lái)簡(jiǎn)化并實(shí)現(xiàn)精確的量子模擬，從根本上改進(jìn)光活化反應(yīng)的建模。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了由化學(xué)中一種被稱(chēng)為“圓錐交叉”的常見(jiàn)幾何結(jié)構(gòu)引起的單個(gè)原子的干涉圖樣。

圓錐交叉在光合作用和太陽(yáng)能等過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，并對(duì)防曬霜和光活性藥物具有重要意義。但它們的發(fā)生速度非常迅速，以至于難以實(shí)時(shí)觀察。

研究人員利用離子阱量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行了這一實(shí)驗(yàn)，通過(guò)量子模擬，科學(xué)家得以將光活化反應(yīng)的速率降低至原來(lái)的1/1000億，從而實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的觀察。

該團(tuán)隊(duì)在《Nature》子刊《Nature Chemistry》期刊上發(fā)表了研究成果， 首次證明了量子模擬中這種顯著的減速現(xiàn)象。 該跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)由物理學(xué)院的Tingrei Tan博士、化學(xué)學(xué)院的Ivan Kassal副教授以及悉尼大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)與健康系的Pablo Fernandez Pe?as教授領(lǐng)導(dǎo)。 Ivan Kassal副教授表示：“當(dāng)細(xì)胞吸收光時(shí)，分析其在分子水平 上發(fā)生的情況是量子計(jì)算機(jī)在該領(lǐng)域潛在的早期應(yīng)用。我們的聯(lián)合研究有望開(kāi)創(chuàng)一種全新的方法來(lái)加深對(duì)疾病的了解和治療，并研發(fā)新藥。我們的團(tuán)隊(duì)將融合量子技術(shù)和化學(xué)領(lǐng)域的跨學(xué)科專(zhuān)業(yè)知識(shí)，與醫(yī)學(xué)研究人員緊密合作，以期解決這些棘手的問(wèn)題?！?悉尼韋斯特米德醫(yī)院皮膚科主任Pablo Fernandez Pe?as教授表示：“皮膚科對(duì)光又愛(ài)又恨。光既是引起皮膚癌的主要原因（紫外線），但也是治療某些皮膚癌的能量來(lái)源（光動(dòng)力療法中的紅光），并且我們能使用激光幫助治療其他疾病。通過(guò)對(duì)光反應(yīng)的深入了解，我們可以開(kāi)發(fā)有助于治療疾病或改善防曬霜的新分子?！?Tingrei Tan博士的

離子阱量子計(jì)算機(jī)

是這項(xiàng)研究的實(shí)驗(yàn)核心，而研究的理論部分是由Ivan Kassal教授領(lǐng)導(dǎo)的化學(xué)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的，最終應(yīng)用目標(biāo)是由Pablo Fernandez Pe?as教授領(lǐng)導(dǎo)的醫(yī)學(xué)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的。

量子生物計(jì)劃分為三個(gè)不同的階段，為期2.5年。

第一階段，高達(dá)150萬(wàn)美元（約230萬(wàn)澳元）的資金將用于開(kāi)發(fā)量子算法。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，所需的量子計(jì)算資源（量子比特?cái)?shù)量和電路深度）應(yīng)符合量子生物計(jì)劃中已定義的目標(biāo)資源。第二階段，涉及在高性能經(jīng)典計(jì)算機(jī)上運(yùn)用算法進(jìn)行大規(guī)模模擬。第三階段，將在量子硬件上實(shí)施算法解決方案，并進(jìn)一步籌集高達(dá)200萬(wàn)美元的資金。 悉尼大學(xué)擁有全球廣泛且前沿的量子技術(shù)項(xiàng)目，同時(shí)擁有量子理論、量子硬件和軟件開(kāi)發(fā)方面的世界級(jí)專(zhuān)家。 該大學(xué)也是悉尼量子學(xué)院 的“創(chuàng)始成員”之一。 自2017年以來(lái)，悉尼大學(xué)一直是悉尼微軟量子實(shí)驗(yàn)室的所在地，由David Reilly教授領(lǐng)導(dǎo)。同年，Michael Biercuk教授利用學(xué)校的研究成果創(chuàng)立了澳大利亞第一家由風(fēng)險(xiǎn)投資支持的量子初創(chuàng)公司 Q-CTRL。

編譯：琳夢(mèng)/卉可

編輯：慕一

特此說(shuō)明：量子前哨翻譯此文僅作信息傳遞和參考，并不意味著同意此文中的觀點(diǎn)與數(shù)據(jù)。