Işığa duyarlı kanser ilaçları geliştiren bir ekip, kuantum bilgisayarların sağlık hizmetlerindeki potansiyel kullanımını göstererek 2 milyon ABD doları değerindeki Quantum for Bio (Q4Bio) ödülünü kazandı. Ancak yarışmanın 5 milyon dolarlık büyük ödülü hiçbir ekibe verilmedi.
Ödül organizatörleri, 16 Nisan’da Helsinki merkezli kuantum yazılım şirketi Algorithmiq, teknoloji devi IBM ve Ohio’daki Cleveland Clinic araştırmacılarından oluşan kazanan ekibi duyurdu.
Kazanan ekip, tümöre ulaştığında ışıkla aktive edilebilen ve bu sayede geleneksel tedavilere kıyasla vücudun geri kalanına daha az zarar veren bir kanser ilacı türü üzerinde çalışıyor. Araştırmacılar, böyle bir ilaç molekülünün ışıkla nasıl etkileşime girdiğini simüle etti. Uzun vadede ise, ilacın aktif molekül yapısındaki küçük değişikliklerin özelliklerini nasıl etkilediğini anlamayı ve bu yaklaşımı farklı kanser türlerine uygulamayı hedefliyorlar.
Bu tür karmaşık simülasyonlar, günümüz kuantum bilgisayarları için hâlâ oldukça zorlayıcı. Sabrina Maniscalco, ekibin bu nedenle hibrit bir yaklaşım kullandığını belirtiyor. Bu yöntemde, simülasyonun bazı bölümleri için hesaplamalı kimya tekniklerinden yararlanılırken, giriş ve çıkış verilerinin işlenmesinde klasik bilgisayarlar kullanılıyor.
Zor Problemler
Sabrina Maniscalco, simülasyonun en karmaşık bölümlerinin — yani fotonların bir moleküldeki elektronlarla nasıl etkileşime girdiğinin modellenmesinin — Cleveland Clinic bünyesinde geliştirilen yeni kuantum bilgisayarda gerçekleştirildiğini belirtiyor. “Bu, kuantum bilgisayarların çözmekte özellikle başarılı olduğu türden bir problem,” diye ekliyor.
Bu tür simülasyonlar klasik yöntemlerle de gerçekleştirilebiliyor. Ancak Maniscalco’ya göre ekip, 2 milyon dolarlık ödülü; geliştirdikleri algoritmaların gelecekte daha gelişmiş kuantum sistemlerinde çalıştırıldığında, klasik simülasyonlarla elde edilmesi mümkün olmayan moleküler bilgileri ortaya çıkarma potansiyeline sahip olduğunu göstermeleri sayesinde kazandı. Ayrıca bu algoritmaların, yeni antimikrobiyal ilaçların tasarımı gibi farklı moleküler problemlere de uygulanabileceğini ifade ediyor.
Kuantum bilgisayarlar hâlihazırda fizik ve kimya alanındaki problemlerin çözümünde kullanılmaya başlanmış durumda. Hatta bazı araştırmacılar, klasik bilgisayarlarla gerçekleştirilemeyecek hesaplamaları yaptıklarını öne sürüyor. Bu durum “kuantum üstünlüğü” (quantum advantage) olarak adlandırılıyor. Ancak biyoloji alanındaki uygulamalar hâlâ gelişim aşamasında ve somut başarı örnekleri sınırlı.
Q4Bio yarışmasına katılan ekiplerden birinin teorik olarak kuantum üstünlüğüne ulaşması mümkün olsa da, yarışmada böyle bir başarı elde edilmedi. Zaten yarışmanın temel amacı da doğrudan kuantum üstünlüğünü göstermek değildi.
İngiltere’deki Nottingham Üniversitesi’nde hesaplamalı kimyager olan Jonathan Hirst, bunun yerine, donanım (hardware) hazır olduğunda biyolojideki uygulamaların da hazır olabilmesi için araştırma ekiplerinin yeni algoritmalar ve çalışma yöntemleri geliştirmeye teşvik edildiğini söylüyor. Hirst, genetik bir bozukluk olan miyotonik distrofiyi tedavi edecek bir ilacı geliştirmeyi amaçlayan finalist projelerden birine eş liderlik yapıyor.
Çıta Yüksek
Yarışma, merkezi Wellcome tarafından kurulmuş ve San Diego, Kaliforniya merkezli kâr amacı gütmeyen bir kuruluş olan Wellcome Leap desteğiyle 2023 yılında başlatılmıştı.
Q4Bio program direktörü Shihan Sajeed, yarışma başladığında “kimsenin kuantum bilişim ile biyolojiyi bir araya getirmek gibi cesur bir adım atmadığını” söylüyor. Yarışmaya katılan onlarca ekip, üç aşamalı değerlendirme sürecinin ardından altı finaliste indirildi ve finalist ekipler, 30 aylık süreç boyunca 4,25 milyon dolara kadar araştırma desteği aldı.
Altı finalistten yalnızca biri 2 milyon dolarlık ödülün kriterlerini karşılayabildi; hiçbir ekip ise 5 milyon dolarlık büyük ödüle ulaşamadı. Bu büyük ödül, 100’den fazla kübite (qubit) sahip bir kuantum bilgisayarda ilgili algoritmayı uzun süreli hesaplamalarla çalıştırabilen bir ekibe verilecekti. Sajeed, “Ne yazık ki bu tür makineler henüz mevcut değil,” diyor ve ekliyor: “Çıta oldukça yüksek belirlenmişti.”
Büyük ödülün sahibi çıkmamış olsa da, Nature’a konuşan katılımcılar yarışmanın ortaya çıkardığı araştırma heyecanından oldukça memnun. Diğer finalist ekiplerden biri olan Quantum Pangenomics’in eş lideri, University of Oxford bilgisayar bilimcisi Sergii Strelchuk, yarışmanın “dünyadaki pek çok insanı, birlikte keşfetmemiz gereken tamamen yeni bir alanın doğduğuna ikna etmiş olabileceğini” söylüyor.
Bu ekip, bireysel genomlar arasındaki benzerlikleri ve farklılıkları analiz etmek için kuantum bilgisayarları kullanıyor. Araştırmacılar, bu yaklaşımın gelecekte kişiselleştirilmiş ilaç yanıtlarını tahmin etmekte kullanılabileceğini düşünüyor. Strelchuk, “Artık neredeyse tamamen bu gelişmekte olan alana ve beraberinde getirdiği yeni hesaplamasal zorluklara odaklanmış durumdayım,” diyor.
Sajeed ayrıca, Wellcome Leap’in Q4Bio’nun devamı niteliğinde yeni bir girişim başlatmasının beklendiğini belirtiyor.
Quantum Pangenomics projesinin eş liderlerinden biri olan, Wellcome Sanger Institute Bilişim Direktörü James McCafferty ise şunları söylüyor: “Bu gelişmeler bizi son derece heyecanlandırıyor. Kesinlikle devam edeceğiz.”
Çeviren: Beril Naz Hamurcu
Redaktör: Saim Egemen Yücel
Bilimsel Redaktör: Yasemin Poyraz Koçak
