22 Kasım 2022 – 1960’lar damgasını vurdu tıpta bilgisayarların gelişi. Test sonuçlarını bir doktora daha hızlı ulaştırabilecek (belki) pahalı, hantal plastik ve metal yığınları. 1980’ler bilgisayarların sunabileceği ilk gerçek fark yaratan işlevleri gördü – klinik, mali, idari – ve 1991’de Tıp Enstitüsü elektronik sağlık kayıtlarının ne olabileceği (ve olacağı) konusunda ilk manifestoyu yayınladı.
O zamandan beri, yapay zeka, sanal gerçeklik ve teletıp ile tıbbın tüm alanlarında bilgisayar atılımları gördük. Ancak henüz pek çok insanın bilmediği başka bir şey daha gelişmektedir: İlaç geliştirme ve hastalık tanımlamadan elektronik kayıtların güvenliğine kadar her şeyi ilerletmeye başlayan tamamen yeni bir bilgi işlem türü olan kuantum hesaplama.
Cleveland Clinic’in baş araştırma bilgi sorumlusu MD Lara Jehi, “Işığı ateş ve mumlardan alıp şimdi elektriğe geçiş olarak düşünün ve hepsini aydınlatan bir ampul var” diyor.
Kuantum Hesaplama Nedir?
Klasik bilgisayarlar (diğer adıyla ikili bilgisayarlar), yapay zeka ve makine öğrenimi dahil olmak üzere günümüz cihazlarının temeli olan bit olarak bilinen bilgileri kullanarak çalışır. Bunlar 0 veya 1 olarak görünür (bazen kapalı/açık veya yanlış/doğru olarak tanımlanır).
Kuantum bilgisayarlar ise kübit olarak bilinen kuantum bitlerini kullanır. Ve evet, “kuantum” tanımı – olduğu gibi: çok, çok küçük – geçerlidir.
Daha yaygın olarak IBM olarak bilinen International Business Machines, şu anda bu yeni teknolojiye öncülük ediyor. IBM Quantum Industry Consulting’de yaşam bilimleri ve sağlık hizmetleri lideri PhD olan Frederik Flöther, kuantum bilgisayarlarla ilgili yaygın bir yanılgı, bunların “bilgisayarların daha hızlı olacak bir sonraki evrimi” olduğu şeklindedir. Bunun yerine, kuantum hesaplamaya tamamen yeni bir şey olarak bakmamızı istiyor “çünkü o temelde farklı bir donanım, farklı bir yazılım, sadece aynısının evrimi değil.”
Mevcut bilgisayarlardan nasıl farklı çalışır? Kuantum hesaplama doğada ilgilenir. Bu nedenle, kübitlerin doğal dünyayı temel alması gerekir. Bu ne anlama geliyor? Nobel Ödüllü fizikçi Richard Feynman’ın şu ünlü sözü alıntılanmıştır: “Doğa klasik değildir, kahretsin ve eğer doğanın bir simülasyonunu yapmak istiyorsanız, onu kuantum mekaniksel yapsanız iyi olur ve bu harika bir problem. çünkü o kadar kolay görünmüyor.”
Doğa, der Jehi, siyah beyaz çalışmaz veya kutulara sığmaz.
“Bunu sıfırlara ve birlere çevirmemiz gerekiyor çünkü bilgisayarlar böyle konuşur” diye açıklıyor. Ancak kuantum hesaplama, kuantum mekaniğinin ilkelerini kullanır. “Doğa tam olarak böyle işliyor, çünkü doğadaki her şeyin temel birimi olan atomik yapıya dayanıyor.”
Gerçekten çok çok küçük. İşte bu yüzden kuantum hesaplama tıpta oyunun kurallarını değiştiren bir teknoloji olabilir.
“Kuantum bilgisayarları, bir soruna aynı anda bir grup farklı çözümü temsil etmek için kullanılabilir ve ardından en uygun çözüme, gerçekten işe yarayan çözüme doğru çökebilir,” diyor Tony Uttley, Başkan ve Operasyon Direktörü. kuantum, kuantum hesaplamanın geleceğini yönlendirmek için çalışan Cambridge Quantum ve Honeywell Quantum Solutions arasındaki bir işbirliği. “Ve bunu yapmasının nedeni, kuantum fiziğinin bazı harika özelliklerinden kaynaklanıyor.”
Bir Kuantum Bilişim Sahil Başı Oluşturma
Dünyanın dört bir yanındaki bilim adamları kuantum bilgisayarları inceliyor ve tıp dünyasında bazı büyük kazanımlar elde etmek için bu teknolojiyi nasıl kullanabileceklerini araştırıyorlar.
IBM, IBM Quantum Network’ü oluşturmuştur ve teknolojiyi çeşitli ortamlarda geliştirmek ve test etmek için yeni başlayanlardan Fortune 500 şirketlerine kadar farklı kuruluşlarla ortaklık yapmaktadır. Cleveland Clinic ile yapılan bu ortaklıklardan biri, hibrit bulut üzerinde yüksek performanslı bilgi işlem, kuantum bilgi işlem teknolojileri ve yapay zeka yoluyla sağlık hizmetlerini geliştirmeye odaklanan “Keşif Hızlandırıcı”yı kurmaya hazırlanıyor.
Ülke çapında pek çok kişi artık bu teknolojiyi mevcut bilgisayarlarda buluttan yararlanarak kullanıyor, ancak sınırlı kübit erişimi var. IBM’in Almanya ve Japonya gibi yerlerde kuantum bilgisayarları üzerinde çalışan araştırmacıları var ve ülkenin ilk IBM’in yeni nesil 1.000’den fazla qubit kuantum sistemini Cleveland Clinic kampüsüne kuracaklar ve kuantum bilişimin tahmin edilen pek çok özelliğini daha fazla araştırmaya yardımcı olmak için kullanmayı planlıyorlar. faydalar.
Ancak bu faydalar nelerdir?
İlaç Keşfi ve Geliştirme
Kuantum kimyası, kuantum hesaplamanın yardımcı olmaya hazır olduğu ana alanlardan biridir.
Jehi, “Bunun acil uygulaması uyuşturucu keşfi olacaktır” diyor. Bilim adamları ilaç yaptıklarında, bir laboratuvarda otururlar ve o ilacı neyin oluşturabileceğine dair farklı kimyasal formüller geliştirirler.
“Ama işe yarayıp yaramayacağını gerçekten bilmemiz için, bu kimyasal bileşimin bir yapıya nasıl dönüşeceğini hayal edebilmemiz gerekiyor” diyor.
Günümüzün süper bilgisayarları, en güçlü biçimlerinde bile, kağıt üzerindeki bu kimyasal formülü, kimyasal bileşiğin nasıl görüneceğinin bir simülasyonuna dönüştürme konusunda yavaştır. Ve çoğu durumda, bu tür bir analiz yapamazlar.
Jehi, “Dolayısıyla, tam olarak nasıl görüneceklerini bilmeden ilaçları yapıyoruz, ki bu gerçekten işe yaramasını umduğunuz bir ilacı yaratmanın en uygun yolu değil” diye açıklıyor Jehi. “Hiçbir etkisi olmayacak bileşikler yaratmak zaman kaybı.”
Kuantum bilgisayarlar, araştırmacıların bu moleküler yapıları oluşturmasına ve görmesine ve bunların insan vücuduna nasıl bağlanıp etkileşime girdiğini bilmesine olanak tanıyacak. Aslında, potansiyel bir ilacın işe yarayıp yaramayacağını fiziksel olarak yapmak zorunda kalmadan önce bilecekler.
Klasik bilgi işlemden farklılıkları nedeniyle, kuantum bilgisayarlar, farklı bileşiklerin nasıl görünebileceğini simüle etme yetenekleriyle sınırlı değildir. İlaçların yapıldığı bileşikleri simüle edebilmek, çok çeşitli koşulları tedavi etmek için ilaçların daha hızlı keşfedilmesine yol açabilir.
Hastalık Analizi
Sonunda, bu teknoloji, bilgisayarların/yapay zekanın örneğin kanser molekülleri üzerinde düşünmesine ve nasıl çalıştıklarına dair daha derin bir anlayış kazanmasına olanak tanımak için moleküler düzeyde çalışarak hastalık analizine yardımcı olabilir.
Jehi, kuantum hesaplamanın kronik hastalıklar gibi şeyleri incelemek için de kullanılabileceğini söylüyor. Bunlar, insanların birlikte yaşaması ve yönetmesi gereken koşullardır ve bir kişinin bu durumda nasıl hissettiği, kişinin ne yediği, hava durumu veya aldığı ilaçlar gibi şeylere bağlı olarak günden güne değişebilir.
Jehi, “Bir hastanın gidişatını bir şekilde veya başka bir şekilde değiştirebilecek pek çok farklı olasılık var” diyor.
Bir grup hastamız varsa ve hastalık yolculukları boyunca başlarına gelen her şeyi yakalamışsak, bu grubun neye benzediğini taklit etmenin ve ardından bu farklı müdahalelerin hasta üzerindeki etkilerini geleneksel yöntemlerle incelemenin çok zor olduğunu vurguluyor. bilgi işlem.
“Çok karmaşık bir hal alıyor ve sahip olduğumuz bilgisayarlar farklı olasılıkların etkilerini analiz etmeye ayak uyduramıyor. Karışıyor,” diyor Jehi.
Ancak kuantum bilgi işlem, kuantum makine öğrenimi sunabilir; bu, farklı simülasyonları ve farklı olasılıkları ele almak için bu özel kuantum yeteneğini kullandığınız anlamına gelir.
Örneğin Cleveland Clinic, genel ameliyat geçiren bazı hastaların prosedürlerinden sonra nasıl kalp komplikasyonları yaşadıklarına bakıyor.
“Ameliyattan sonra kimin kalp krizi geçirme riski en yüksek olanı önceden belirleyebilirsek, bu insanlara daha iyi bakabilmemiz için dönüştürücü olurdu” diyor.
Kliniğin mevcut veri seti, 450.000 hastanın kayıtlarını içeriyor ve mevcut yapay zeka/makine öğrenimi, bu taramayı çok yavaş ve karmaşık hale getiriyor. Klinik, çok daha büyük olanın kopyası olan daha küçük bir grup olan sentetik bir veri seti oluşturmak için makine öğrenimi yaklaşımlarını kullanıyor. Kuantum teknolojisi, daha iyi performans gösteren modeller üretmek için bu analizi geliştirebilir ve hızlandırabilir.
Hastalık Tespiti
Uttley, “CT taraması yaptırdığınızı hayal edin” diyor. “Bu görüntüleri gözden geçirebileceğiniz ve ‘Bu kanser olabilecek bir şeye benziyor mu?’ diye sorabileceğiniz yapay zeka çözümleri zaten var.” Bu mevcut teknoloji, diye açıklıyor, tipik ve daha önce tanımlanmış şeyler üzerinde iyi çalışıyor. , çünkü makine öğrenimi böyle çalışır. AI 100.000 kez bir şey görmüşse, genellikle ona benzeyen başka bir şey bulabilir.
Ancak günümüzün klasik bilgisayarları, alışılmadık bir şeyi tanımlayacak donanıma sahip değil. Uttley, “Buralar, kuantum bilgisayarların görüntüleri düşünmede çok daha iyi olabildiği ve ‘Nadir kanserleri veya buna benzeyen şeylerden oluşan devasa bir kitaplığınızın olmadığı nadir durumları tespit edebilirim’ diyebildiği yerlerdir” diyor. .
Burası aynı zamanda araştırmacıların neyin ne olduğunu anlamak için bir kuantum bilgisayarı kullanabilecekleri yerdir. abilir gibi görünmek.
“Kuantum hesaplamanın güzelliği, kuantum fiziğinde bir önyargı oluşumu, bu daha olasılıksal tasarım olmasıdır. Uttley, “Bu konuda düşünmelerine yardımcı olmak için bu olasılıksal tasarımdan yararlanabilirsiniz” diyor.
Ne Kadar Uzaktayız?
Uttley, gelişmekte olan bir kuantum hesaplama çağında olduğumuzu söylüyor. Kuantum bilgisayarlar var ve bu büyük bir mesele, ancak bu teknolojinin çoğu hala oldukça erken aşamalarda.
“Biraz internetin başındayız ve işler nasıl gidecek diyor gibiyiz,” diye açıklıyor.
Şu anda Quantinuum gibi şirketler hem kuantum hem de klasik bilgisayarda hesaplamalar yapmaya, sonuçları karşılaştırmaya çalışıyor ve “Aynı yanıtı alıyoruz” diyor.
Uttley, “Yani bu, güven oluşturabildiğimiz ve bu kuantum bilgisayarların gerçekten doğru çalıştığını söyleyebildiğimiz bir çağdır” diye açıklıyor.
Gelecekte, diyor, neyin yanlış olduğunu tespit etmek için bu verileri bir kuantum bilgisayara iletecek şekilde vücudunuzu anlayabilecek ve kanserli ve kanserli olmayan arasındaki farkı söyleyebilecek bir kuantum MRI gibi bir şey hayal edebiliriz. -kanserli. Bu, daha hızlı tedavilere ve bunların belirli hasta popülasyonlarına göre uyarlanmasına izin verecektir.
Uttley, “Bugün yaptığımız şey bundan biraz daha az seksi görünebilir, ancak belki de eşit derecede önemlidir” diyor.
Bu, yapılabilecek en iyi şifreleme anahtarlarını yapmak için kuantum bilgisayarları kullanmaktır. Bunu yürütmek için halihazırda kuantum bilişimi kullanan tıp camiası, bunun hasta verilerini olabildiğince güvenli tutmanın daha iyi bir yolu olmasından heyecan duyuyor.
Haziran ayında Quantinuum, şimdiye kadar parmaklarının ucunda yalnızca klasik bilgisayarlar olan hesaplamalı kimyagerlere izin veren kuantum hesaplama yazılımı InQuanto’yu piyasaya sürdü. Bu hareket, üzerinde çalıştıkları sorunları ve bir kuantum bilgisayarla ne yapacaklarını düşünmeye başlamak için bir fırsat yarattı. Uttley, kuantum bilgisayarlar yıllar içinde daha yüksek performanslı hale geldikçe, yazılımın bir molekülü izole etmek gibi görevlerden daha büyük sorunları çözmeye geçeceğini söylüyor.
“Bu, önümüzdeki on yılda gerçekleşecek ve sanırım önümüzdeki 2 ila 3 yıl içinde ilk tür gerçek kullanım durumlarının ortaya çıktığını göreceğiz” diyor. Şimdilik, bu teknoloji büyük olasılıkla klasik bilgisayarlarla birlikte kullanılacak.
Uttley, kuantum dünyasındaki ve tıptaki ilerlemenin yavaş ve istikrarlı bir hızda büyümeye devam edeceğini ve önümüzdeki yıllarda muhtemelen her şeyin tıkırdamaya başladığını ve sonunda bunun “tam güçle” kalkacağını göreceğimizi söylüyor.