2023年12月13日，北京玻色量子科技有限公司（以下简称“玻色量子”）结合上海交通年夜学在中科院分区1区、计较化学范畴Top刊物JCTC（Journal of Chemical Theory and Computation）内刊的封面上颁发了以“Encoding Molecular Docking for Quantum Computers”（基在量子计较机实现的份子对接法式）为题的学术论文。

玻色量子开创人&CEO文凯博士，上海交通年夜学特聘传授、药物化学与生物信息学中间主任张健为论文的通信作者，这是玻色量子在“量子计较+生物制药”范畴获得的重要研究冲破，也成立了量子计较在生物制药范畴适用化的主要里程碑。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.3c00943

份子对接是基在配体受体辨认的锁钥模子提出的手艺方式，经由过程计较配体受体之间的空间互补和能量匹配来寻觅其复合物模式，其在药物设计范畴利用普遍，可分为刚性对接，半柔性对接和柔性对接。传统的药物挑选是一个十分昂贵且需要耗损年夜量资本，一般需要破费数十亿美元，而成功率唯一10%。

最近几年来，跟着功能壮大的份子建模东西的成长和卵白质小份子复合物解析布局的数量的增加，基在布局的药物设计成为新药开辟中普遍利用的线路之一。但传统模子的挑选体例耗时长，而且很难求得最优解，是以在先导化合物挑选中假阳性率较高，增添了药物研发本钱。

以下为本篇论文的首要内容：

份子对接被普遍利用在虚拟挑选、先导化合物优化和份子机制研究中，它经由过程空间采样来肯定配体份子与受体卵白间的连系姿态和调集自由能(ΔGbind)。份子对接是药物发现的主要手艺手段，份子对接进程的采样步调是一个经典的NP-Hard 问题，其庞大的搜刮空间和计较要求对传统计较机布满了挑战。

在该研究中，结合研究团队提出了网格点匹配（Grid Point Matching，GPM）和原子特点匹配（Feature Atom Matching,FAM）算法模子，以即可以经由过程相关光量子计较机求解，从而将份子对接中的采样问题问题编码为QUBO（二次无束缚二值优化）模子来加快采样进程。在CASF-2016数据集上测试显示GPM方式已具有和经典的份子对接方式Glide SP相当的采样能力，在之前的研究中证实，相关光量子计较机的求解速度比传统计较机快1000倍，是以，该研究提出的算法模子可显著晋升将来药物虚拟挑选效力和正确率。

图片2：（A）网格点匹配（GPM）和原子特点匹配（FAM）的工作流程。(B）该研究首要构建GPM和FAM方式加快份子对接中的采样进程。

图3：FAM和GPM 模子表示和计较本钱(A)三种采样方式Glide SP、GPM、FAM在测试集中的最小RMSD(minimum RMSD, mRMSD)散布。灰色虚线暗示好的采样RMSD阈值。GPM代表“网格点匹配”，而FAM代表“原子特点匹配”。(B)FAM与GPM 方式采样获得的pose(红色暗示) 与晶体布局中的pose (蓝色暗示)比力。

图4：mRMSD与份子质量(A)、量子比特数(B)和离散误差(C)之间的相干性，左上角暗示相干性系数（R2)。右下角展现了离散误差界说，它暗示所匹配的空间点和晶体布局中的配体坐标的空间距离平均值，GPM代表“网格点匹配”，FAM代表“原子特点匹配”。

图5：基在相关光量子计较机求解的计较本钱。(A)FAM 和GPM 方式获得的问题比特数范围比力。当前最年夜的相关光量子计较机求解范围（~100,000量子比特数）用红色虚线暗示。GPM代表“网格点匹配”，FAM代表“原子特点匹配”。(B)配体原子数量和最后求解问题范围比特数的相干性。红色和蓝色数据点别离暗示GPM和FAM方式。

具体来说，该研究提出的两个算法FAM和GPM 将份子对接进程的采样问题转化为配体原子和受体连系口袋的空间格点匹配问题，经由过程构建QUBO模子并在量子计较机上求得最优解，最后将求得的解转换为空间位置取得pose信息。经由过程在测试集上的年夜量验证注解，GPM 方式具有与经典采样方式Glide SP相当的采样能力。团队下一阶段将对FAM与GPM方式进行摆设整合，弥补打分步调获得尺度化的份子对接流程，并将其利用在近似ZINC的十亿级化合物数据库中履行虚拟挑选进程。

相关光量子计较机的手艺特点使其可以构建全毗连图，而其他量子计较机只能撑持局部图的毗连，这年夜年夜限制了其利用在现实场景进程。份子对接的取样进程是一个经典的NP-Hard问题，而近期研究注解相关光量子计较机对求解该类问题具有庞大优势，该研究经由过程构建FAM和GPM方式并在相关光量子计较机长进行切确求解来解决份子对接中的采样问题。今朝相关光量子计较机的最年夜求解范围远远跨越了该算法模子在CASF数据集上利用所需的比特数，同时相关光量子计较机上的采样的运行时候仅以毫秒为单元，相较在经典计较机最少有3个数目级的晋升，是以该研究提出的算法模子具有庞大的现实利用价值。

将来，玻色量子将联袂更多合作火伴延续进行“量子计较+生物制药”范畴的深切研究手艺冲破和真机测试场景验证，配合研究量子计较在药物研发范畴中的利用，涵盖虚拟挑选、卵白质布局设计、份子动力学摹拟等场景。

关在JCTC

化学理论与计较杂志(Journal Of Chemical Theory And Computation，简写JCTC)创刊在2005年，是一本由AMER CHEMICAL SOC出书的一本化学-物理：原子、份子和化学物理学术刊物，该刊发文规模涵盖物理原子、份子和化学物理等范畴，旨在和时、正确、周全地报导国表里物理原子、份子和化学物理工作者在该范畴的科学研究等工作中获得的经验、科研功效、手艺改革、学术动态等。该刊已入选科学引文索引（SCI）来历期刊，属在国际该范畴闻名期刊。