有没有人将量子算法应用于计算生物学问题的例子?


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如标题所示,我正在寻找已发布的应用于计算生物学问题的量子算法示例。显然,尚不存在实际示例的可能性很高(到目前为止)–我感兴趣的是任何概念证明。在这种情况下,计算生物学问题的一些示例是:

  • 蛋白质结构预测(二级,三级)
  • 药物配体结合
  • 多序列比对
  • 创新大会
  • 机器学习应用

我发现只有一个这样的参考文献可以说明我在寻找什么。在这项研究中,D-Wave用于转录因子结合,但是,在绝热量子计算领域之外的示例将是有趣的。

在量子模拟方面有几种。尽管它们显然不是通常被认为与生物学相关的规模的模拟,但人们可以想象,这一研究领域是对具有生物学意义的较大分子进行建模的先驱(在许多其他事物中)。

因此,除了转录因子结合和量子模拟以外,还有其他与生物学相关的概念证明吗?

更新:到目前为止,我已经接受了最佳答案,但是我将检查是否还有其他示例。这是我发现的,有些古老(2010年),旨在证明在晶格蛋白质模型中识别低能蛋白质构象 -这也是D-Wave出版物。


您为什么将“机器学习应用程序”归类为“计算生物学问题”?
JanVdA

我想您的问题和我最近的问题之间还有一个重叠部分:quantumcomputing.stackexchange.com/questions/4150/… 例如,我想使用量子计算机来测量药物-配体结合的能力可能会彻底改变新药物的鉴定。
JanVdA

我之所以使用机器学习应用程序,是因为它们在计算生物学和生物信息学中无处不在。其他示例可以考虑使用第一原理对生物过程进行建模,但是,机器学习通常是基于经验的方法,而不是基于第一原理的方法。我不想将响应仅限于基于第一原理的建模,因为这不仅是对生物过程本身的建模,而且与新型计算模型的应用有关。
Greenstick

@JanVdA感谢您提出问题的链接,这确实很有趣。
Greenstick

Answers:


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我无法找到有关量子生物学的专门参考文献。但是我发现一篇名为《量子辅助生物分子建模》的评论。

您可能会发现它很有趣,但这是从2010年开始的。此领域一直在发展,但我想想法仍然相似。作者更多地关注量子计算机同时尝试每条经典路径的能力的想法。

我对这个领域和惯例不太了解。但是,如果计算生物学更专注于优化,那么应该应用量子搜索算法或混合经典量子设置(即使目前还不实用)。

现在关于机器学习,量子计算还不清楚。特别是量子机器学习这个名字。采取了不同的方法/目标。一些算法旨在提高经典算法(基于称为qRAM的假设设备)的速度,例如K-Means,SVM ...,或者使用QC来帮助经典算法(例如受限的boltzmann机器)学习过程。有些人专注于对量子数据进行ML处理,例如压缩量子数据。

结论:我们还没有一个清晰的主意,但这令人兴奋。在此过程中,我们可能只创建新算法或改进当前的经典算法。

编辑:最近,一个新闻稿宣布了Rigetti Computing和Entropica Labs之间的合作关系,以开发量子计算在生物信息学和基因组学领域的实际应用。


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这是一个好的参考。是的,优化在某些领域相当普遍,尤其是分子结构和结合的建模。我听说过QML的含糊之处;感谢您的澄清和结论。有帮助!
Greenstick

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太好了-我错过了,但是还是不知不觉中他们看到了他们宣布在2019年的路线图中使用128 qubit混合动力系统。谢谢分享!
Greenstick

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第一篇论文真的回答了这个问题吗(将量子算法的示例应用于计算生物学中的问题)?当我读得很快时,该论文主要是指出“将来可能”进行量子计算有助于生物分子建模,而这还远没有说明我们今天(甚至将来可能在当年)执行已知的量子算法。量子计算机足够强大)来解决生物分子建模中的问题。
JanVdA

我想知道Rigetti链接与该问题的相关性。
JanVdA

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@JanVdA在我看来,这种假设是某些现有算法可能会增加量子计算步骤(例如QFT,量子游走),但是是的,作者并未明确说明这些算法的确切含义。考虑到它与模拟退火的关系,可能与之相关的是量子退火,它在分子动力学模拟中被广泛使用。
Greenstick

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量子模拟可用于测试可以描述某些生物过程的模型。例如,Potočnik等人2018年论文。使用超导量子电路研究了光收集模型(请参见下图)。

目前,量子力学在生物过程中是否起重要作用是一个悬而未决的问题。量子力学可能具有这种作用的一些候选生物过程包括鸟类的磁感受,嗅觉和光收集。

图为Potočnik等人的论文。 2018年


感谢您的答复。尽管很有趣,但不幸的是,对光合作用如何量子化进行建模并不完全是问题的范围。我对量子算法在量子设备(某种类型的QC)上的应用非常感兴趣,以解决计算生物学中的规范问题。例如,可以使用绝热量子算法或某种机器学习对药物-靶标结合进行建模,例如使用HHL启发算法调用基因变体。这些当然是玩具示例,但这就是我所追求的这些现有概念证明。
Greenstick

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尚不清楚您的第一段和实际问题之间的联系是什么。也许应该澄清一下。
JanVdA
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