El avance abre una nueva etapa para el descubrimiento de fármacos y consolida la supercomputación cuántica como herramienta científica real
Científicos de IBM, Cleveland Clinic e instituto japonés RIKEN lograron simular con computadoras cuánticas una proteína de 12,635 átomos, la más grande de la que se tenga registro en este tipo de cálculos, informaron las instituciones el pasado lunes.
El hito fue posible gracias a una combinación de procesadores cuánticos de IBM con dos de las supercomputadoras clásicas más potentes del mundo. El resultado supone un salto de escala sin precedentes: las moléculas simuladas son aproximadamente 40 veces más grandes que lo que este mismo método podía calcular apenas seis meses atrás, y la precisión de una etapa clave del proceso mejoró hasta 210 veces en ese mismo período.
Qué se simuló y por qué importa
El equipo modeló dos complejos proteicos bioquímicamente relevantes mediante un enfoque conocido como supercomputación cuántico-céntrica, que delega en cada tipo de hardware, cuántico y clásico, las tareas donde mejor se desempeña.
La motivación detrás del experimento fue el problema de predecir cómo un fármaco candidato podría unirse a una proteína, uno de los desafíos más difíciles y costosos en ciencias de la vida, y que los métodos computacionales actuales no han podido resolver con exactitud a medida que las moléculas aumentan de tamaño. Lograrlo de manera precisa y temprana en el proceso de investigación podría acortar significativamente los plazos de desarrollo de medicamentos, que actualmente pueden extenderse más de una década.
Declaraciones
«Al cruzar la barrera de los 12,000 átomos, hemos expandido de manera significativa la escala de las simulaciones moleculares biológicamente relevantes que son posibles con la computación cuántica», señaló Kenneth Merz, investigador principal del estudio y científico del Departamento de Ciencias de la Vida Computacional de Cleveland Clinic.
Por su parte, Jay Gambetta, Director de IBM Research, afirmó que «las computadoras cuánticas ya no están demostrando que son herramientas viables: están demostrando que pueden aportar resultados significativos en arquitecturas de supercomputación cuántico-céntrica».
La arquitectura detrás del experimento
Los procesadores cuánticos IBM Heron de 156 qubits, instalados en Cleveland Clinic y en RIKEN, trabajaron en conjunto con las supercomputadoras Fugaku, en Japón, y Miyabi-G, operada por la Universidad de Tokio y la Universidad de Tsukuba. La simulación requirió hasta 94 qubits ejecutando cerca de 6,000 operaciones cuánticas en ciertas partes del cálculo.
El avance también se apoyó en un nuevo algoritmo híbrido cuántico-clásico, denominado EWF-TrimSQD, que redujo drásticamente la carga computacional y aceleró la capacidad de representar directamente la química de estos sistemas moleculares en hardware cuántico.
Perspectivas
A futuro, el equipo apunta a utilizar estas simulaciones para predecir con mayor precisión cómo los medicamentos interactúan con proteínas objetivo, y eventualmente modelar catalizadores enzimáticos y mecanismos de acción de fármacos que hoy solo pueden estudiarse mediante experimentación.
Los resultados están disponibles como preimpresión en arXiv y la investigación cuenta con financiamiento de NEDO, organismo dependiente del Ministerio de Economía, Comercio e Industria de Japón.
