Российские ученые сократили время сборки генома с помощью квантовых алгоритмов. Исследователи сравнили информацию, полученную на устройстве квантового отжига и российском программном эмуляторе SimCIM для модельных данных и для генома бактериофага. Открытие позволит ускорить процесс обнаружения раковых клеток. Результаты работы, опубликованной в журнале Scientific Reports, были представлены на VI Международной конференции по квантовым технологиям ICQT-2021.
Ускорение сборки генома с использованием квантовых компьютеров позволит использовать эти данные для оказания неотложной медицинской помощи и при анализе новых заболеваний. Полная реконструкция исходного генома, необходимая для персонализации медицинского подхода, все еще невозможна на квантовых вычислительных устройствах из-за их недостаточной мощности. Однако ученым из Российского квантового центра и компании «Genotek» удалось разработать алгоритм и решить ряд технических сложностей, повысив точность и ускорив процесс анализа данных.
Квантовые вычислительные устройства способны обработать большее количество переменных, сокращая временные и финансовые затраты. Результаты работы могут значительно облегчить изучение новых видов и структурных изменений ДНК, которые не удается обнаружить методом классического картирования, а также геномных перестроек в раковых клетках.
«Одна из важнейших задач области квантовых вычислений — это поиск полезных приложений. Биоинформатика и генетика часто сталкиваются со сложными вычислительными задачами, решение которых может быть ускорено за счет квантовых компьютеров. В рамках нашего исследования мы показали возможность использовать определенные типы квантовых компьютеров — устройства квантового отжига — для решения задач сборки генома. Мы также использовали квантово-вдохновленный алгоритм отжига, который основан на моделировании поведения квантовых систем. В будущем спектр применения квантовых вычислительных технологий в задачах генетики может быть значительно расширен», — говорит первый автор исследования Алексей Федоров.
Ученые оценили перспективы применения квантовых компьютеров в анализе геномов человека и других организмов. На стыке этих областей появляются новые подходы, с помощью которых растущие объемы данных можно проанализировать более качественно. Кроме того, новые методы позволяют не ждать сутками результатов генетических исследований в тех ситуациях, когда счет идет на часы.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
