In een recent artikel gepubliceerd in het tijdschrift WIREs Computational Molecular Science, presenteren wetenschappers van Insilico Medicine, een bedrijf dat gespecialiseerd is in kunstmatige intelligentie in medicijnontdekking, hoe quantumcomputers geïntegreerd kunnen worden in het bestuderen van levende organismen om diepere inzichten te verkrijgen in biologische processen zoals veroudering en ziektes.
In mei 2023 publiceerden Insilico, het Acceleration Consortium van de Universiteit van Toronto en het Foxconn Research Institute onderzoek dat de potentiële voordelen aantoonde van het gebruik van quantum generatieve netwerken in generatieve chemie. Deze bevindingen zijn gepubliceerd in het Journal of Chemical Information and Modeling door de American Chemical Society.
In hun nieuwste artikel geven wetenschappers van Insilico een breed overzicht van hoe de combinatie van methoden van kunstmatige intelligentie, quantumcomputers en de natuurkunde van complexe systemen onderzoekers kan helpen bij het ontwikkelen van nieuwe inzichten in de menselijke gezondheid, en ze bespreken specifiek de nieuwste doorbraken in de fysica-ondersteunde AI-netwerken.
De wetenschappers merken op dat hoewel kunstmatige intelligentie van onschatbare waarde is geweest bij het ondersteunen van onderzoekers bij het verwerken en analyseren van grote en complexe biologische datasets om nieuwe paden van ziektes en verbanden tussen veroudering en celziektes te vinden, het nog steeds moeilijkheden ondervindt bij het toepassen van deze bevindingen op complexere interacties binnen organismen.
Om volledig te begrijpen hoe levende organismen werken, stellen wetenschappers dat ze multimodale modelleringsmethoden nodig hebben die drie belangrijke gebieden van complexiteit kunnen behandelen: schaalcomplexiteit, algoritmische complexiteit en de groeiende complexiteit van datasets.
“Hoewel we geen bedrijf zijn dat zich richt op quantumcomputers, is het belangrijk om de mogelijkheden te benutten van het gebruik van de snelheid die wordt geboden door nieuwe hybride computeroplossingen en hyperscalers. Deze software wordt wijdverspreid aangenomen, wat zeer complexe biologische simulaties mogelijk maakt en de ontdekking van gepersonaliseerde interventies met gewenste eigenschappen mogelijk maakt voor een breed scala aan ziektes en leeftijdsgerelateerde processen. We zijn verheugd dat ons onderzoeksinstituut in de VAE waardevolle inzichten biedt op dit gebied,” aldus mede-auteur Alex Zhavoronkov, PhD, oprichter en co-CEO van Insilico Medicine.
Biologische processen in levende organismen interacteren op verschillende schalen – van cellen tot organen en het hele organisme – met talrijke complexe interacties tussen systemen. Het interpreteren van deze processen vereist het werken op meerdere schalen tegelijk. De toegang tot biologische gegevens heeft ongekende niveaus bereikt. We hebben bijvoorbeeld het 1000 Genomes Project – een inventarisatie van genetische variatie bij mensen die meer dan 9 miljoen enkelvoudige nucleotidevarianten (SNV’s) heeft geïdentificeerd – en de UK Biobank, die complete sequenties bevat van 500.000 genomen van Britse vrijwilligers, om er maar een paar te noemen. We hebben krachtige rekenkracht nodig om deze gegevens te analyseren en te verwerken.
Volgens de wetenschappers hebben quantumcomputers een unieke positie om AI-benaderingen aan te vullen door onderzoekers in staat te stellen het biologische systeem gelijktijdig op meerdere niveaus te interpreteren. Omdat qubits waarden van zowel 0 als 1 tegelijk kunnen opslaan, terwijl klassieke bits alleen 0 of 1 kunnen opslaan, hebben qubits aanzienlijk grotere snelheid en rekenkracht.
De auteurs merken op dat er al aanzienlijke vooruitgang wordt geboekt in het veld van quantumcomputers, waaronder de introductie van IBM’s grootschalige quantumprocessor en modulaire quantumcomputer, die beide al in gebruik zijn genomen.
Uiteindelijk roepen de auteurs op tot de toepassing van op fysica gebaseerde AI-benaderingen om een beter begrip van de menselijke biologie te krijgen – een nieuw vakgebied dat al in ontwikkeling is en fysicagebaseerde modellen en neurale netwerken combineert, zoals ze schrijven.
Door het combineren van AI-methoden, quantumcomputers en de natuurkunde van complexe systemen kunnen wetenschappers beter begrijpen hoe “collectieve interacties van op kleinere schaalcomponenten binnen een cel, organismen of samenleving opkomende kenmerken genereren die kunnen worden waargenomen op grotere schalen en niveaus van realiteit,” zoals de auteurs schrijven.
Veelgestelde vragen:
1. Wat doet Insilico Medicine?
Insilico Medicine is een bedrijf dat zich richt op kunstmatige intelligentie in medicijnontdekking.
2. Welke voordelen zijn er gerealiseerd door het gebruik van quantumcomputers in generatieve chemie?
Volgens onderzoek gepubliceerd door Insilico Medicine, het Acceleration Consortium van de Universiteit van Toronto en het Foxconn Research Institute, heeft het gebruik van quantumcomputers geleid tot de ontdekking van potentiële voordelen in generatieve chemie.
3. Met welke drie vormen van complexiteit moeten wetenschappers rekening houden bij het bestuderen van levende organismen?
Wetenschappers moeten rekening houden met schaalcomplexiteit, algoritmische complexiteit en de toenemende complexiteit van datasets.
4. Welke tools kunnen onderzoekers helpen bij het ontwikkelen van nieuwe inzichten in de menselijke gezondheid?
Op dit moment kunnen de combinatie van kunstmatige intelligentie, quantumcomputers en de natuurkunde van complexe systemen onderzoekers helpen om nieuwe inzichten in de menselijke gezondheid te ontwikkelen.
5. Wat is de rol van quantumcomputers bij het bestuderen van biologische processen?
Quantumcomputers kunnen AI-gerichte benaderingen aanvullen, waardoor onderzoekers het biologische systeem gelijktijdig op meerdere niveaus kunnen interpreteren vanwege hun unieke rekenkracht.
6. Welke vooruitgang is er geboekt op het gebied van quantumcomputers?
Er wordt momenteel aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van quantumcomputers, waaronder de introductie van een grootschalige quantumprocessor door IBM.
Definities:
1. AI – kunstmatige intelligentie.
2. Qubits – eenheden voor het opslaan van waarden in een quantumcomputer.
3. Klassieke bits – eenheden voor het opslaan van waarden in een klassieke computer.
Gerelateerde links:
– Insilico Medicine
– American Chemical Society
– IBM Quantum Computing