Apakah ada contoh siapa pun yang menerapkan algoritma kuantum untuk masalah dalam biologi komputasi?

12

Seperti judulnya, saya mencari contoh yang dipublikasikan dari algoritma kuantum yang diterapkan pada masalah dalam biologi komputasi. Jelas kemungkinannya tinggi bahwa contoh-contoh praktis belum ada (belum) - apa yang saya minati adalah bukti konsep . Beberapa contoh masalah biologi komputasi dalam konteks ini adalah:

  • Prediksi Struktur Protein (Sekunder, Tersier)
  • Ikatan Obat-Ligan
  • Multiple Sequence Alignment
  • Majelis De-novo
  • Aplikasi Pembelajaran Mesin

Saya hanya menemukan satu referensi yang menurut saya menggambarkan apa yang saya cari. Dalam penelitian ini, D-Wave digunakan untuk mengikat faktor transkripsi, namun, akan menarik untuk memiliki contoh di luar bidang komputasi kuantum adiabatik.

Ada beberapa dalam hal simulasi kuantum. Sementara mereka jelas tidak simulasi pada skala yang sering dianggap relevan secara biologis, orang bisa membayangkan bahwa jalur penelitian ini adalah pendahulu untuk pemodelan molekul signifikansi biologis yang lebih besar (di antara banyak hal lain).

Jadi, selain dari pengikatan faktor transkripsi dan simulasi kuantum, adakah bukti konsep lain yang ada dan relevan dengan biologi?

Pembaruan: Saya telah menerima jawaban terbaik sejauh ini tetapi saya akan memeriksa untuk melihat apakah ada contoh lagi yang muncul. Inilah yang saya temukan, agak lama (2010), yang bertujuan menunjukkan identifikasi konformasi protein energi rendah dalam model protein kisi - juga publikasi D-Wave.

Tongkat hijau
sumber
Mengapa Anda mengklasifikasikan "Aplikasi Pembelajaran Mesin" di bawah "masalah biologi komputasi"?
JanVdA
Saya kira ada juga tumpang tindih antara pertanyaan Anda dan pertanyaan saya baru-baru ini: quantumcomputing.stackexchange.com/questions/4150/... Misalnya saya kira kemampuan untuk menggunakan komputer kuantum untuk mengukur ikatan obat-ligand dapat merevolusi identifikasi obat baru .
JanVdA
Saya menggunakan aplikasi pembelajaran mesin karena mereka ada di mana-mana dalam biologi komputasi dan bioinformatika. Contoh lain dapat dianggap memodelkan proses biologis menggunakan prinsip pertama, namun, pembelajaran mesin umumnya pendekatan empiris daripada pendekatan berbasis prinsip pertama. Saya tidak ingin membatasi tanggapan terhadap pemodelan berbasis prinsip pertama karena ini adalah sebanyak tentang penerapan model baru komputasi seperti halnya pemodelan proses biologis itu sendiri.
Greenstick
@JanVdA Terima kasih atas tautan ke pertanyaan Anda, pasti menarik.
Greenstick

Jawaban:

4

Saya tidak dapat menemukan referensi khusus dalam biologi kuantum. Namun saya menemukan sebuah tinjauan yang disebut pemodelan biomolekuler Quantum Assisted .

Anda mungkin menemukan itu menarik tetapi ini dari 2010. Lapangan telah berevolusi sejak tapi saya kira idenya tetap sama. Penulis lebih fokus pada gagasan kemampuan komputer kuantum untuk mencoba setiap jalur klasik secara bersamaan.

Saya tidak tahu banyak tentang bidang dan praktik umum. Namun jika biologi komputasi lebih terfokus pada Optimasi, maka penerapan algoritma pencarian kuantum atau pengaturan hybrid-kuantum klasik harus cocok (bahkan jika tidak praktis saat ini).

Sekarang tentang Machine Learning, ini agak tidak jelas dengan komputasi kuantum. Terlebih dengan nama Quantum Machine Learning. Berbagai pendekatan / tujuan diambil. Beberapa algoritma dirancang untuk mendapatkan speedup pada algoritma klasik (berdasarkan pada perangkat hipotetis bernama qRAM) seperti K-Means, SVM ... Atau gunakan QC untuk membantu proses pembelajaran dalam algoritma klasik seperti mesin boltzmann terbatas. Beberapa fokus melakukan ML dengan data kuantum seperti mengompresi data kuantum misalnya.

Kesimpulan: kita belum memiliki ide yang jelas tetapi ini membuatnya menarik. Dalam prosesnya, kita mungkin hanya membuat algoritma baru atau meningkatkan yang klasik saat ini.

Sunting : Baru-baru ini sebuah siaran pers mengumumkan kemitraan antara Rigetti Computing dan Entropica Labs untuk mengembangkan aplikasi dunia nyata komputasi kuantum untuk bioinformatika dan genomik.

cnada
sumber
1
Ini adalah referensi yang bagus. Ya, optimasi cukup umum di area tertentu, terutama pemodelan struktur molekul dan pengikatan. Saya pernah mendengar tentang ambiguitas dengan QML; terima kasih atas klarifikasi dan kesimpulan Anda. Ini sangat membantu!
Greenstick
1
Bagus - Saya melewatkan itu tetapi entah bagaimana masih melihat bahwa mereka mengumumkan sistem hybrid 128 qubit ada di peta jalan mereka untuk 2019. Terima kasih telah berbagi ini!
Greenstick
1
Apakah makalah pertama benar-benar menjawab pertanyaan (= contoh algoritma kuantum diterapkan pada masalah dalam biologi komputasi)? Ketika saya membacanya dengan sangat cepat, makalah ini terutama menyatakan bahwa komputasi kuantum "mungkin di masa depan" membantu dalam pemodelan biomolekul yang masih jauh dari menyatakan bahwa sudah ada algoritma kuantum yang dikenal yang dapat kita jalankan hari ini (atau bahkan mungkin di masa depan ketika komputer kuantum cukup kuat) untuk menyelesaikan masalah dalam pemodelan biomolekul.
JanVdA
Saya sedikit bertanya-tanya apa relevansi tautan Rigetti sehubungan dengan pertanyaan itu.
JanVdA
1
@ JanVdA Menurut saya asumsi adalah bahwa algoritma tertentu yang ada dapat ditambah dengan langkah-langkah komputasi kuantum (misalnya QFT, berjalan kuantum), tapi ya, penulis tidak menguraikan apa sebenarnya algoritma tersebut. Salah satu yang mungkin relevan adalah anil kuantum, mengingat hubungannya dengan anil simulasi, yang banyak digunakan dalam simulasi dinamika molekul.
Greenstick
3

Simulasi kuantum dapat digunakan untuk menguji model yang dapat menggambarkan proses biologis tertentu. Misalnya, makalah 2018 oleh Potočnik et al. memeriksa model pemanenan cahaya menggunakan sirkuit kuantum superkonduktor (lihat gambar di bawah).

Saat ini, ini merupakan pertanyaan terbuka apakah mekanika kuantum memainkan peran fungsional penting dalam proses biologis. Beberapa kandidat proses biologis di mana mekanika kuantum mungkin memiliki peran seperti itu termasuk daya magnet pada burung, penciuman, dan pemanenan cahaya.

Gambar dari kertas oleh Potočnik et al.  2018

Bram
sumber
Terimakasih atas tanggapan Anda. Meskipun menarik, sayangnya memodelkan bagaimana fotosintesis dapat menjadi kuantum tidak cukup dalam cakupan pertanyaan. Saya sangat tertarik pada aplikasi algoritma kuantum pada perangkat kuantum (semacam QC) untuk masalah kanonik dalam biologi komputasi. Beberapa contoh dapat memodelkan pengikatan target obat dengan algoritma kuantum adiabatik atau semacam pembelajaran mesin untuk, katakanlah, memanggil varian gen menggunakan algoritma yang diinspirasi HHL. Ini tentu saja akan menjadi contoh mainan - tapi inilah bukti konsep yang saya kejar.
Greenstick
2
Agak tidak jelas apa hubungan antara paragraf pertama Anda dan pertanyaan aktual. Mungkin harus diklarifikasi sedikit.
JanVdA