Новости Зеленограда, инфопортал Зеленоград ИНФО
Четверг, 29 Июля, 2021 год
Главная » Наука » В Мире » Квантовый отжигатель ускорил расшифровку генома

Квантовый отжигатель ускорил расшифровку генома

Однако для более сложных задач нужны вычислительные машины, которые работали бы дольше, чем квантовые компьютеры, считают ученые

Квантовый отжигатель ускорил расшифровку генома

© Пресс-служба Российского квантового центраЧитайте ТАСС вЯндекс.НовостиЯндекс.Дзен…Показать скрытые ссылкиGoogle Новости

ТАСС, 14 июля. Российские ученые использовали квантовый отжигатель компании D-Wave – один из вариантов аналоговой квантовой вычислительной машины – чтобы ускорить расшифровку генома. Результаты исследования опубликовал научный журнал Scientific Reports, кратко об этом пишет пресс-служба Российского квантового центра (РКЦ).

Квантовыми компьютерами называют вычислительные устройства, в основе работы которых лежат принципы квантовой механики. В отличие от обычных компьютеров, в которых для передачи и обработки данных используются биты – единицы информации, которые содержат либо 1, либо 0, квантовые компьютеры оперируют кубитами – ячейками памяти и примитивными вычислительными модулями, которые могут хранить в себе одновременно и ноль, и единицу. Благодаря этому квантовые компьютеры могут обрабатывать большие объемы информации во много раз быстрее обычных – даже если это суперкомпьютеры с огромными вычислительными мощностями.

Полноценных квантовых компьютеров ученые пока не создали. Сейчас существуют только их прототипы – например, в 2017 году физик из Гарвардского университета Михаил Лукин рассказал о создании 51-кубитного прототипа, а компания Google в 2019-м году – о 53-кубитном прототипе под названием Sycamore, в начале декабря 2020 года китайские ученые создали фотонный квантовый компьютер "Цзю Чжан".

Существует два подхода к разработке квантовых компьютеров – классический и адиабатический. В первом случае вычислительное устройство по принципу работы походит на обычные цифровые компьютеры. Адиабатический квантовый компьютер создать проще классического, но по принципам работы он ближе к аналоговым вычислителям начала прошлого века, которые предназначались для решения одной конкретной проблемы.

В отличие от других участников "квантовой гонки", компания D-Wave уже много десятилетий развивается именно по этому пути, благодаря чему в ее вычислительных машинах в десятки или даже в сотни раз больше кубитов, чем в прототипах квантовых компьютеров Google, IBM и университетских научных групп.

Алексей Федоров и его коллеги по РКЦ вместе со специалистами из российского медико-генетического центра Genotek выяснили, что подобные устройства можно использовать, чтобы ускорить одну из самых трудозатратных и долгих частей расшифровки ДНК – сборку виртуальной копии генома из множества обрывков, считанных при помощи устройств, которые обычно используются для расшифровки генетического кода.

Как правило, сделать это достаточно если у ученых уже есть хотя бы один пример расшифрованного генома того вида, с чьей ДНК они работают. В противном случае этот процесс может потребовать огромного количества вычислительных ресурсов и времени.

"В нашем исследовании мы оценили перспективы применения квантовых компьютеров в анализе геномов человека и других живых существ. На стыке этих областей появляются новые методы, с помощью которых растущие объемы данных анализируются более качественно. Они позволяют не ждать сутками результатов генетических исследований в тех ситуациях, когда счет идет на часы", – отметил директор по продукту Genotek Александр Ракитько.

Ученые попытались разработать алгоритмы, которые позволили бы ускорить процесс финальной сборки генома, используя квантовую машину D-Wave или ее виртуальные аналоги. Их работа опирается на то, что многие фрагменты ДНК, которые считывает система расшифровки генома, часто пересекаются друг с другом. Благодаря этому можно восстановить полный геном, если сопоставить этих обрывки и соединить их в единое целое.

С вычислительной точки зрения, при использовании классических компьютеров, подобный подход достаточно неэффективен. Однако ученые адаптировали его для выполнения на квантовом отжигателе D-Wave. Для проверки этих алгоритмов ученые избрали ДНК вируса-бактериофага фи-икс-174, геном которого ученые первым полностью расшифровали.

Расчеты показали, что подобный подход позволяет значительно ускорить процесс сборки коротких фрагментов генома как на реальном квантовом компьютере, так и на его виртуальном аналоге. Как подчеркивают ученые, решение более сложных практически значимых задач потребует создания нового поколения машин, ячейки памяти которых должны работать дольше, чем это делают кубиты в устройстве компании D-Wave. Исследователи надеются, что подобные компьютеры появятся уже в ближайшие годы или десятилетия.

Источник

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показанОбязательные для заполнения поля помечены *

*

© 2021 Зеленоград ИНФО – ещё ближе к городу. Все права защищены.

09:47 29 Июля
 Чт, 2021
Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru