خب بچه‌ها، بذارین یه خبر جذاب و خفن بهتون بگم که مطمئنم خیلیا هنوز نشنیدن! شرکت‌های IBM و Moderna با هم دست به یه کار عجیب زدن و تونستن طولانی‌ترین ساختار mRNA رو تا حالا، با استفاده از یه کامپیوتر کوانتومی شبیه‌سازی کنن! اونم بدون اینکه سراغ هوش مصنوعی (همون AI که همه جا ازش حرف می‌زنن) برن.
اول بذار روشن کنیم mRNA چیه، چون شاید براتون سوال باشه. mRNA یا همون messenger ribonucleic acid، یه مولکولیه که نقش پویینگ (همون پیک اطلاعاتی!) رو بین DNA و سلول بازی می‌کنه. یعنی اطلاعات ژنتیکی رو از DNA می‌گیره، می‌بره میده دست ریبوزوم‌های سلول تا طبق اون پروتئین بسازن (ریبوزوم مثل کارخونه پروتئینه توی بدن!). جالبه که تکنولوژی واکسن‌هایی مثل واکسن کرونا هم دقیقاً همین mRNA رو دستکاری می‌کنن تا سیستم ایمنی ما رو آموزش بدن که جلوی ویروس وایسته.
حالا چالش اصلی ماجرا اینجاست: پیش‌بینی ساختار سه‌بعدی mRNA واقعاً کار سخته! چون حتی اگه فقط یه رشته ساده هم باشه، با اضافه شدن هر نوکلئوتید (نوکلئوتید همون قطعات سازنده mRNA هستن)، تعداد تاخورده‌ها و پیچ و تابای ممکن توی ساختارش یه دفعه وحشتناک زیاد میشه. تازه بعضیاشون یه چیزایی دارن به اسم «pseudoknot» که دیگه رسماً مغز آدم سوت می‌کشه. پزودونات‌ها، گره‌های عجیبی توی تاخوردگی mRNA هستن که باعث میشن پروتئین‌ها رفتارهای پیچیده‌تری داشته باشن و همین حسابی پیش‌بینی رو سخت‌تر می‌کنه.
معمولاً برای پیش‌بینی این ساختارها، دانشمندا از سوپرکامپیوترها و حتی هوش مصنوعی (مثل برنامه معروف AlphaFold گوگل) استفاده می‌کنن که البته خیلی قویه و توی بعضی کارا ترکونده! ولی وقتی mRNA طولانی و پیچیده میشه، یا باید کلی از جزییات سخت و خاص مثل pseudoknot رو حذف کنن، یا کل مدل از کار می‌افته. چون کامپیوترهای معمولی و حتی هوش مصنوعی هم زورشون به این همه احتمال و پیچیدگی نمی‌رسه.
حالا اینجا بود که پژوهشگرا گفتن: «بیاین بریم سراغ کوانتوم!» کامپیوتر کوانتومی یعنی دستگاهی که به جای بیت (که فقط صفر یا یک می‌تونه باشه)، از کیوبیت (qubit) استفاده می‌کنه. کیوبیت‌ها مثلاً می‌تونن صفر و یک و حالتی بین این دوتا رو با هم داشته باشن و همین باعث میشه میلیون‌ها حالت مختلف رو به صورت همزمان بررسی کنن! هنوز کامپیوترای کوانتومی خیلی اول راهن، اما توی همین مرحله هم می‌تونن گره‌های کور علم رو باز کنن.
IBM و Moderna اومدن با استفاده از کوانتوم الگوریتم پیش‌بینی ساختار mRNA رو توسعه دادن. یه چیزی ساختن به اسم CVaR-based VQA (نگران نباشین!—اینم یه مدل الگوریتم بهینه‌سازی کوانتومیه که قبلاً توی مسائل پیچیده مثل مدیریت ریسک مالی یا جلوگیری از برخورد اشیا توی فضاپیما‌ها به کار رفته!). این تیم از ۸۰ کیوبیت کامپیوتر کوانتومی R2 Heron (که تا ۱۵۶ کیوبیت قدرت داره) برای شبیه‌سازی یه رشته mRNA با ۶۰ نوکلئوتید استفاده کردن. رکورد قبلی توی شبیه‌سازی کوانتومی فقط ۴۲ نوکلئوتید بوده، پس این یه پیشرفت حسابی بزرگه!
نکته جالب اینه که توی آزمایش‌های اولیه، اونا نشون دادن میشه حتی تا ۱۵۶ کیوبیت هم رفت و به اندازه ۶۰ نوکلئوتید شبیه‌سازی کرد. توی محیط‌هایی که نویز (خطاهای خاص کامپیوترای کوانتومی که باعث میشه نتایج دقیق نباشن) برطرف بشه، حتی پتانسیل دارن تا ۳۵۴ کیوبیت هم برسونن. بچه‌ها، نویز در کامپیوتر کوانتومی یعنی همون ایرادات و اغتشاش‌هایی که باعث میشه داده‌های خروجی دقیق نباشن و نیاز به تکنیک‌های خاص برای تصحیح‌شون داریم.
در کل، هر چی تعداد کیوبیت‌ها و بهبودهای الگوریتمی بیشتر بشه، میشه mRNAهای بلندتر و پیچیده‌تر رو هم دقیق‌تر پیش‌بینی کرد، و در نتیجه واکسن‌های mRNA هم قوی‌تر و مؤثرتر میشن! البته دانشمندا گفتن برای اینکه این رویکرد واقعا کاربردی و پایدار بشه، باید روی سخت‌افزار و الگوریتم‌های کوانتومی حسابی کار کنن، چون جا برای پیشرفت خیلی زیاده.
خلاصه اگر یه روزی دیدین واکسن‌های آینده بدون دردسر برای انواع بیماری درست میشن و سریع‌تر قابل سفارشی‌سازی هستن، یک گوشه‌اش رو مدیون همین انقلاب کوانتومی توی شبیه‌سازی و پیش‌بینی ساختار mRNA هستین!
منبع: +
