俄罗斯研究团队利用量子退火算法缩短基因组组装时间

应用报道 量科网 2021-07-16 09:37

俄罗斯科学家利用量子退火技术实现了加速基因组组装。该实验的结果发表在《自然科学报告》上,这一研究将加快检测癌细胞的过程。

俄罗斯量子中心(Russian Quantum Center)的一个科学家团队在Alexei Fedorov的领导下,与Genotek公司的研究人员一起使用量子和受量子启发的算法,缩短了基因组组装时间。在实验中,研究人员比较了在量子退火机和俄罗斯SimCIM软件模拟器上得到的数据,以获得模型数据和一个真实噬菌体生物的基因组。

在没有使用量子计算机参考数据的情况下去加速基因组组装,将使我们可以利用所获得的数据提供紧急医疗护理和分析新型疾病。尽管由于目前量子计算设备能力还不足,无法完全重建原始基因组(这是个性化医疗方案所必需的),但科学家们还是想方设法的开发了一种算法,以解决了一些技术难题,从而提高准确性并加快数据分析过程。

量子计算设备能够处理更多的变量,同时大大减少了时间和财务成本。这一结果可以极大地促进对那些经典方法无法检测到的DNA新类型和结构变化以及癌细胞基因组重排的研究。因此,量子技术的引入有助于个性化医疗的更快发展。

第一个基因组测序(噬菌体ФХ174)是在40多年前。人类基因组的第一次组装花费了大约13年的时间,而今天的公共和私人机构能够在几周内完成这个过程。该实验的参与者演示了量子计算在生物信息学问题中的有效性,这是第一次在真实数据和模拟数据的基础上进行研究。

该研究的主要作者Alexey Fedorov说:“量子计算最大的挑战之一是找到有用的应用。生物信息学和遗传学经常面临复杂的计算问题,而量子计算机可以加速这些问题。作为我们研究的一部分,我们展示了使用某些类型的量子机器——量子退火设备——解决基因组组装问题的可能性。我们还使用了量子衍生退火算法,该算法是基于模拟量子系统的行为。未来,量子计算技术在遗传学问题上的应用范围将显著扩大,”

Genotek公司的产品总监Alexander Rakitko说:”量子计算机的能力让我们能够重新审视问题,包括生物信息学,这在以前似乎在计算上过于复杂。在我们的研究中,我们评估了使用量子计算机分析人类和其他有机体基因组的前景。在这些区域的交汇处,我们找到了新的方法,在这些方法的帮助下,越来越多的数据被更定性地分析(注意,一个人的基因组数据约有100Gb)。此外,新的方法让你能更快的获得基因研究的结果。”(编译:Julien)