АРМАДА
Задача об укладке белка решена квантовым способом
Новая тема Написать ответ

Sender
V.I.P.
Зарегистрирован: 19.05.2006
Сообщений: 3806
Обратиться по нику
# Добавлено:Чт Авг 23, 2012 3:57 pmДобавить в избранноеОтветить с цитатой
Сотрудники Гарвардского университета (США) и канадской компании D-Wave Systems разработали квантовую методику решения задачи об укладке белка.

Прошлой весной D-Wave Systems, напомним, завершила сделку по продаже «первого коммерческого квантового компьютера» D-Wave One производителю вооружений и авиакосмической техники Lockheed Martin. Представители оружейного гиганта потратили целый год на ознакомление с процессором D-Wave One, работу которого обеспечивает внушительных размеров криогенная система, и, очевидно, нашли ему какое-то применение.

О том, отвечает ли D-Wave One «истинному» определению квантового компьютера, можно спорить очень долго, но основные его элементы здесь, несомненно, присутствуют. Изготовленный канадцами процессор объединяет 128 сверхпроводящих кубитов с контактами Джозефсона — соединениями сверхпроводников, разделённых тонким слоем диэлектрика, — типа Nb / AlOx / Nb, скомпонованных в шестнадцать групп. По сути, этот массив кубитов представляет собой искусственную систему спинов из модели Изинга с программируемыми спин-спиновыми взаимодействиями.

Такой массив позволяет решать задачи оптимизации, сводящиеся к поиску основного состояния для набора изинговских спинов. Поиск при этом реализуется по алгоритму «квантового отжига» — нахождения глобального минимума некоей целевой функции посредством квантовых флуктуаций (туннелирования через потенциальные барьеры). В более известном классическом варианте алгоритма квантовые флуктуации, заметим, уступают место тепловым, за счёт которых система просто «перепрыгивает» через барьеры.

Ранее специалисты D-Wave Systems представляли данные об успешном «отжиге» цепочки из восьми спинов, моделируемых одной группой кубитов процессора D-Wave One. Так как эксперимент выполнялся при температуре ниже 45 мК, тепловые эффекты не оказывали существенного влияния на работу схемы, а учёные могли утверждать, что решение подбиралось именно квантовым способом.


Схема связи сверхпроводящих квантовых битов в процессоре D-Wave One, объединённых в 16 групп по 8 кубитов в каждой. Серым выделены те 115 кубитов, которые использовались в экспериментах. (Иллюстрация из журнала Scientific Reports.)

Уходя от проверочных заданий и двигаясь в сторону реальных проблем, в своей новой работе физики рассмотрели задачу об укладке белка, с которой более совершенным модификациям D-Wave One, вероятно, придётся столкнуться на практике. Суть проблемы состоит в поиске наиболее стабильной (нативной) упаковки белка с какой-либо аминокислотной последовательностью, в природных условиях задающей и саму уникальную структуру нативного состояния, и путь её достижения. Мерой стабильности структуры называют свободную энергию, а нативному состоянию, как считается, соответствует её глобальный минимум, который и необходимо найти.

Задача об укладке прямо связана с вопросом искусственного синтеза белков, имеющих заранее выбранные свойства. О важности изучения правил, которым подчиняется процесс сворачивания белковых цепей, свидетельствует и то, что в современной медицине выделяется целый класс тяжёлых нейродегенеративных заболеваний (скажем, болезни Альцгеймера и Паркинсона), связанных с нарушениями правильной укладки протеинов.

Поскольку экспериментальное исследование пространственной структуры белка зачастую признают чересчур сложным и дорогим занятием, теоретики уже давно придумали действенные расчётные методы решения задачи. Полное описание белка на атомарном уровне традиционно заменяют приближённой решёточной моделью, в которой отдельные аминокислоты представляются в виде сфер, размещённых на дву- или трёхмерной решётке. Эти сферы соединяются пептидными связями.

Возможности D-Wave One было решено проверить на примере последовательности из шести аминокислот (пролин — серин — валин — лизин — метионин — аланин) в двумерном случае. Для кодирования необходимой информации использовались все 16 групп сверхпроводящих кубитов, но часть из них задействовали не полностью, так как проверка подготовленного для опытов процессора показала, что надеяться можно только на 115 кубитов из 128. Этого, впрочем, было вполне достаточно: вычислительные схемы, опробованные авторами, требовали не более 81 кубита, а некоторые обходились и 28, 27 или даже пятью кубитами.

Измерения при температуре в 20 мК показали, что D-Wave One действительно справляется с «квантовым отжигом» и способен находить нужное основное состояние. Вероятность получения правильного решения пока может оставаться очень низкой (81-кубитовая схема давала корректный ответ лишь в 13 испытаниях из 10 000), но это не столь важно: свою работу учёные рассматривают как простую демонстрацию того, что процессор и квантовый алгоритм готовы к решению комплексных задач.

Подготовлено по материалам Scientific Reports.
http://science.compulenta.ru/703046/
HD Video - верный партнер! Защита от ЭМИ - энергия жизни
Новая тема Написать ответ    ГЛАВНАЯ ~ НОВОСТИ ИНТЕРНЕТА

Перейти:  





Генеральный спонсор



Партнеры