Команда ученых из Института Сангера (Wellcome Sanger Institute), Оксфорда, Кембриджа, Мельбурна и Киевского академического университета впервые закодировала полный геном вируса гепатита D в квантовом компьютере. Процесс был осуществлен с помощью квантовых схем новейшего 156-кубитного процессора IBM Heron. Исследователи разработали алгоритмы для компрессии последовательностей ДНК и их эффективного перевода в квантовые состояния. В результате 1700 оснований РНК вируса гепатита D удалось разместить всего в 117 кубитах.
Это достижение может найти широкое применение в пангеномике. Пангеномы представляют собой совокупность геномов представителей одного и того же вида или рода, отражающую генетическое разнообразие различных популяций. Пангеномика же нацелена на визуализацию и анализ генетического разнообразия, сходств и различий внутри вида. Однако одновременный анализ множества геномов является чрезвычайно сложной вычислительной задачей для классических компьютерных систем. Успешное квантовое кодирование генома является необходимым условием для использования потенциала квантовых вычислений в мониторинге заболеваний, генетических исследованиях и анализе мутаций.
«Нашей целью всегда было расширение возможностей геномики. При работе с пангеномами информация представлена в виде сложного лабиринта. Созданные нами квантовые алгоритмы помогают найти оптимальный путь в этом лабиринте там, где классические вычислительные системы теряют эффективность. Наша задача — внести фундаментальные изменения в мир геномики путем интеграции квантовых вычислений», — отметил Сергей Стрельчук, доцент департамента компьютерных наук Оксфордского университета.
Исследование было проведено в рамках программы Wellcome Leap — «Quantum for Bio», которая ориентирована на внедрение квантовых технологий в сферах биологии и здравоохранения. Проект является масштабным и мультидисциплинарным, а общий объем финансирования для участвующих научно-исследовательских институтов составляет до 40 миллионов долларов США.
Ученые уже опубликовали предварительную версию работы (препринт), описывающую квантовые алгоритмы, необходимые для сборки пангеномных данных.
По мнению ученых, несмотря на то, что кодирование генома человека (3,2 миллиарда пар оснований) в квантовых системах все еще остается далекой перспективой, данное достижение является важнейшим этапом на пути к этой стратегической цели.
