IBM-kwantumchip helpt bij berekening enzymchemie voor medicijnen

Onderzoekers van QC Ware hebben voor het eerst een kwantumalgoritme laten samenwerken met gewone computerchips om een complexe moleculaire berekening uit te voeren. Het bedrijf gebruikte zijn eigen platform Promethium samen met de 156-qubit Heron-processor van IBM. Doel van de proef: het berekenen van de elektrostatische interactie-energie van nitric oxide reductase, een ingewikkeld metalloenzym met een metaalatoom in de kern.

Waarom deze berekening lastig is

Elektrostatische interactie-energie beschrijft hoe moleculen elkaar aantrekken of afstoten. Die informatie is essentieel voor onderzoekers die nieuwe medicijnen, katalysatoren of materialen ontwikkelen. Voor eenvoudige moleculen is zo'n berekening met gewone computers goed te doen, maar enzymen met metaalatomen zoals nitric oxide reductase zijn extra complex door de manier waarop elektronen zich rond het metaal gedragen. Dat maakt dit enzym een geschikte testcase voor nieuwe rekenmethoden.

Taakverdeling tussen klassiek en kwantum

In plaats van de hele berekening aan de kwantumcomputer over te laten, verdeelde QC Ware het werk. Grafische chips (GPU's) deden het meeste rekenwerk: het modelleren van de molecuulstructuur en de klassieke scheikundige berekeningen. De IBM-kwantumprocessor werd alleen ingezet voor specifieke metingen binnen dat proces. Dr. Kin-Joe Sham, medeoprichter en operationeel directeur van QC Ware, noemt dit een voorbeeld van hoe klassieke en kwantumtechnologie samen bruikbare scheikundige problemen kunnen aanpakken.

Belangrijk detail: de proef bewijst niet dat de kwantumchip sneller rekende dan gewone computers. Het laat vooral zien dat een kwantumprocessor kan worden ingepast in een bestaande onderzoeksketen, naast software en hardware die al jaren gebruikt worden. Dat is een bewuste keuze, omdat huidige kwantumcomputers nog beperkt zijn in omvang en betrouwbaarheid.

Snellere scheikunde, ook zonder kwantumchip

Los van de kwantumtest levert het Promethium-platform van QC Ware nu al winst op. Het draait scheikundige berekeningen op GPU's, waardoor onderzoekers grotere moleculen en meer stoffen tegelijk kunnen doorrekenen. Volgens het bedrijf gaat dat tot twintig keer sneller dan gangbare software, waardoor berekeningen die weken duurden nu in uren klaar zijn. Die snelheid vormt de basis voor verdere experimenten waarin GPU's, klassieke scheikunde en kwantumchips samenwerken. Toepassingen liggen onder meer bij medicijnontwikkeling, katalyse en materiaalonderzoek, waar dit soort berekeningen helpt om kansrijke stoffen te selecteren vóórdat ze in het laboratorium getest worden.