Forskere udforsker kvantecomputere for at opdage mulige COVID-19-behandlinger

Kvantemaskinelæring, et spirende felt, der kombinerer maskinlæring og kvantefysik, er fokus for forskning for at opdage mulige behandlinger for COVID-19, ifølge Penn State-forskere ledet af Swaroop Ghosh, Joseph R. og Janice M. Monkowski Karriereudvikling Adjunkt i elektroteknik og datalogi og teknik. Forskerne mener, at denne metode kunne være hurtigere og mere økonomisk end de nuværende metoder, der bruges til at opdage lægemidler.

Seed-finansiering fra Penn State Huck Institutes of the Life Sciences, som en del af deres hurtige respons-seed-finansiering til forskning på tværs af universitetet for at håndtere COVID-19, støtter dette arbejde.

"At opdage ethvert nyt lægemiddel, der kan helbrede en sygdom, er som at finde en nål i en høstak, " sagde Ghosh.

Ifølge Ghosh, at bruge den eksisterende pipeline til opdagelse af lægemidler kan tage fem til ti år fra første idé til markedsgodkendelse, og koster milliarder af dollars.

"Høj-performance computing såsom supercomputere og kunstig intelligens kan hjælpe med at accelerere denne proces ved at screene milliarder af kemiske forbindelser hurtigt for at finde relevante lægemiddelkandidater, " sagde han. "Denne tilgang virker, når nok kemiske forbindelser er tilgængelige i pipelinen, men det er desværre ikke sandt for COVID-19. Dette projekt vil udforske kvantemaskinelæring for at låse op for nye muligheder inden for lægemiddelopdagelse ved at generere komplekse forbindelser hurtigt."

Ghosh og elektroingeniørstuderende Mahabubul Alam og Abdullah Ash Saki og datalogi- og ingeniørdoktorandstuderende Junde Li og Ling Qiu har tidligere arbejdet på at udvikle et værktøjssæt til løsning af særlige typer problemer kendt som kombinatoriske optimeringsproblemer, ved hjælp af kvanteberegning. Narkotikaopdagelse falder ind under samme type problemer som dem, de tidligere har arbejdet på, hvilket gjorde det muligt for forskerne at gå over til at søge efter en COVID-19-behandling, mens de brugte det samme værktøjssæt, som de allerede havde udviklet.

"Kunstig intelligens til opdagelse af lægemidler er et meget nyt område, " sagde Ghosh. "Den største udfordring er at finde en ukendt løsning på problemet ved at bruge teknologier, der stadig er under udvikling – dvs. kvanteberegning og kvantemaskinelæring. Vi er begejstrede for mulighederne for kvanteberegning i forhold til at løse et aktuelt kritisk problem og bidrage til at løse denne alvorlige udfordring."