科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞
乍看之下，量子技術(shù)與生命科學(xué)似乎風(fēng)馬牛不相及——量子計(jì)算需要在極度隔離、接近絕對(duì)零度的環(huán)境中運(yùn)行，生命則生活在溫暖、嘈雜且時(shí)刻運(yùn)動(dòng)的世界里。然而，看似遙遠(yuǎn)的兩個(gè)領(lǐng)域，卻正悄然靠近，孕育著一場(chǎng)深刻的變革。
據(jù)美國(guó)科技類博客TechCrunch近日?qǐng)?bào)道，多位專家表示，量子技術(shù)有望革新生命科學(xué)，極大地加速藥物發(fā)現(xiàn)，加快診斷并助力精準(zhǔn)醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)。麥肯錫公司2025年8月發(fā)布的研究報(bào)告也顯示，量子技術(shù)有望改變生命科學(xué)行業(yè)，預(yù)計(jì)到2035年，其創(chuàng)造的市場(chǎng)價(jià)值有望高達(dá)2000億至5000億美元。
加快新藥研發(fā)進(jìn)程
傳統(tǒng)藥物發(fā)現(xiàn)，如同在茫茫大海中尋針，耗時(shí)漫長(zhǎng)、成本高昂。而量子計(jì)算的介入，正在改寫這一局面，書寫藥物研發(fā)新篇章。
專家指出，量子并行計(jì)算可用于創(chuàng)建分子的“數(shù)字孿生”，從根本上變革藥物發(fā)現(xiàn)。傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)難以準(zhǔn)確模擬潛在藥物分子如何與體內(nèi)的水和蛋白質(zhì)相互作用，計(jì)算復(fù)雜度隨著粒子數(shù)量的增加呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，模擬超過幾十個(gè)原子的分子行為便力有不逮。而量子計(jì)算機(jī)利用疊加態(tài)和糾纏，能精準(zhǔn)表示分子波函數(shù)，使研究人員得以模擬蛋白質(zhì)與配體相互作用、酶催化等過程，其精度之高，令經(jīng)典方法“望塵莫及”。
量子技術(shù)的介入，可將藥物開發(fā)的時(shí)間線，從通常的10—15年、耗資數(shù)十億美元，壓縮減少幾個(gè)數(shù)量級(jí)。制藥團(tuán)隊(duì)無需再依賴數(shù)百萬候選化合物的暴力篩選，而是通過量子增強(qiáng)模擬，預(yù)測(cè)結(jié)合親和力和毒性特征，再行合成。
美國(guó)安進(jìn)公司正利用Quantinuum的量子控制能力研究肽結(jié)合；IBM與莫德納成功采用混合量子—經(jīng)典方法模擬mRNA序列；百健則與1QBit合作，加速阿爾茨海默病、帕金森病等神經(jīng)疾病相關(guān)分子的比較研究；阿斯利康攜手亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、IonQ和英偉達(dá)，成功利用量子技術(shù)，加速合成小分子藥物的化學(xué)反應(yīng)研究；默克KGaA和安進(jìn)公司正與量子公司QuEra合作，利用量子技術(shù)基于分子描述預(yù)測(cè)候選藥物的生物活性。
提升疾病診斷速度
“工欲善其事，必先利其器。”診斷工具的精進(jìn)，是醫(yī)學(xué)進(jìn)步的先聲，量子傳感技術(shù)正在為診斷帶來革命性突破。
Starkhorn創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官丹尼爾·雅各布斯介紹，以心臟病為例，心電圖有時(shí)會(huì)因周圍組織干擾而錯(cuò)過缺血的早期跡象，而量子心磁圖利用光學(xué)泵浦磁力計(jì)，直接高精度測(cè)量心臟的微小磁場(chǎng)，檢測(cè)冠狀動(dòng)脈缺血的靈敏度和特異性可達(dá)80%左右。
《人工智能雜志》創(chuàng)始人湯姆·艾倫則認(rèn)為，量子增強(qiáng)醫(yī)學(xué)成像不僅能顯著提升多種疾病的檢測(cè)率，還有望將醫(yī)療級(jí)成像設(shè)備和可穿戴設(shè)備推向消費(fèi)市場(chǎng)。這些設(shè)備內(nèi)的量子傳感器能捕捉人體發(fā)出的極其微弱信號(hào)，使掃描儀“看見”當(dāng)今機(jī)器看不見的結(jié)構(gòu)和活動(dòng)。這意味著，用戶和醫(yī)生可以更早發(fā)現(xiàn)疾病，實(shí)時(shí)跟蹤患者對(duì)治療的反應(yīng)，且檢查過程更快、侵入性更低。
未來，配備鉆石基量子傳感器的可穿戴設(shè)備，或許能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的體溫、心臟、大腦或代謝活動(dòng)的細(xì)微變化，無需侵入性檢測(cè)，便可徹底改變癌癥診斷、腦部疾病研究等領(lǐng)域。
助力實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療
“因人制宜，對(duì)癥下藥”，這是中醫(yī)的智慧，也是現(xiàn)代精準(zhǔn)醫(yī)療的追求。
除優(yōu)化診斷和藥物治療，量子技術(shù)還將推動(dòng)醫(yī)療邁向個(gè)性化定制時(shí)代。雀巢健康科學(xué)北美區(qū)數(shù)據(jù)與分析負(fù)責(zé)人彼得·尼科爾對(duì)此形象地比喻道，量子技術(shù)雖不會(huì)加快你制作Excel表格的速度，也無法拯救你于案牘之勞形，但它將加速生命科學(xué)突破，潛力深遠(yuǎn)。當(dāng)組合的可能性浩如煙海、復(fù)雜到傳統(tǒng)計(jì)算無能為力時(shí)，量子計(jì)算技術(shù)便可大顯身手。
專家認(rèn)為，量子技術(shù)能比傳統(tǒng)系統(tǒng)更快地分析龐大的遺傳數(shù)據(jù)集，快速分析基因組，從而實(shí)現(xiàn)更早期疾病檢測(cè)和更具針對(duì)性的治療策略。這標(biāo)志著醫(yī)療模式有望從被動(dòng)治療，轉(zhuǎn)向預(yù)測(cè)和預(yù)防。
