تینا مزدکی- پژوهشگران IBM و مدرنا به موفقیت بزرگی دست یافتهاند و توانستهاند طولانیترین الگوی RNA پیامرسان (mRNA) را بدون استفاده از هوش مصنوعی شبیهسازی کنند. آنها با بهرهگیری از پردازنده کوانتومی R۲ Heron IBM و الگوریتم شبیهسازی کوانتومی، ساختار پیچیده یک رشته mRNA با طول ۶۰ نوکلئوتید را پیشبینی کردهاند؛ این دستاورد به عنوان رکوردی جدید در شبیهسازی توالیهای mRNA در رایانههای کوانتومی ثبت شده است.
RNA پیامرسان، که نقش انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNA به ریبوزومها را دارد، فرآیند سنتز پروتئینها را در سلولها کنترل میکند. این مولکول همچنین در تولید واکسنهای کارآمد که میتوانند سیستم ایمنی بدن را تحریک کنند، کاربرد دارد.
تحقیقات نشان میدهد که تمام اطلاعات حیاتی برای دستیابی به ساختار سهبعدی صحیح پروتئینها، در توالی اسیدهای آمینه و فرآیند «تاخوردگی» آنها نهفته است. علیرغم آن که mRNA تنها شامل یک رشته اسید آمینه است، اما ساختار ثانویه و تاخوردگیهای آن شکل نهایی مولکول را تعیین میکند. افزایش شمار نوکلئوتیدها، به طور نمایی بر تعداد حالتهای ممکن تاخوردگیها میافزاید و پیشبینی شکل نهایی را دشوار میکند.
نتایج این تحقیق که در «کنفرانس بینالمللی ۲۰۲۴ رایانش و مهندسی کوانتومی IEEE» ارائه شد، نشاندهنده پتانسیل رایانش کوانتومی در تقویت روشهای پیشبینی سنتی است. معمولاً پیشبینیها بر پایه رایانههای کلاسیک و مدلهای هوش مصنوعی بهویژه مانند AlphaFold انجام میشود. در حالی که این الگوریتمها میتوانند توالیهای mRNA با اندازههای بزرگ را پردازش کنند، معمولاً به حذف ویژگیهای پیچیدهای مانند «شبهگرهها» محدود میشوند.
شبهگرهها و پیچوتابهای موجود در ساختار مولکول، میتوانند برهمکنشهای داخلی پیچیدهتری به وجود آورند و حذف آنها دقت مدلهای پیشبینی را کاهش میدهد. درک و پیشبینی جزئیات دقیق در تاخوردگیهای پروتئینی اهمیت زیادی برای توسعه واکسنهای مؤثرتر مبتنی بر mRNA دارد.
محققان با استفاده از فناوری کوانتومی و آزمایشهای سنتی، سعی در غلبه بر محدودیتهای موجود در ابررایانهها و مدلهای هوش مصنوعی دارند. آنها چندین آزمایش با الگوریتمهای شبیهسازی کوانتومی را انجام دادهاند که برای مدلسازی از کیوبیتها استفاده میکند.
در مرحله اولیه، تیم پژوهش تنها از ۸۰ کیوبیت از ۱۵۶ کیوبیت موجود در پردازنده R۲ Heron استفاده کرده و با استفاده از الگوریتم خاصی به نام CVaR-based VQA، ساختار ثانویه پروتئینی توالی mRNA با طول ۶۰ نوکلئوتید را پیشبینی کرده است. پیش از این، رکورد شبیهسازی یک توالی ۴۲ نوکلئیدی بوده است و پژوهشگران با روشهای جدید خطایابی، موفق به گسترش دامنه کار خود شدهاند.
در این مطالعه که بهصورت پیشانتشار ارائه شده، نشان داده شده است که پتانسیل اجرای شبیهسازیها با ۱۵۶ کیوبیت برای توالیهای mRNA تا ۶۰ نوکلئید وجود دارد و تحقیقات اولیه برای استفاده از تا ۳۵۴ کیوبیت در شرایط بدون نویز انجام شده است.
محققان بر این باورند که افزایش تعداد کیوبیتها و مقیاسپذیری الگوریتمها میتواند به شبیهسازیهای دقیقتر و پیشبینی توالیهای بلندتر منجر شود. با این حال، آنها تأکید کردند که این پیشرفتها نیازمند توسعه تکنیکهای نوین برای بهینهسازی مدارهای خاص در سختافزار کوانتومی هستند، که نشاندهنده نیاز به تحقیقات بیشتر در این زمینه است.
منبع: livescience
