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首例！量子AI研发癌症药物，揭秘新一代“医疗利器”的诞生→
此项研究突显了利用当前量子设备进行混合量子生成式人工智能药物发现的巨大潜力。
论文链接：https://arxiv.org/abs/2402.08210
在该研究中，研究团队利用生成式人工智能技术开发出了新型的KRAS抑制剂。KRAS因其复杂的生化属性，在癌症治疗领域长期被视为难以攻克的目标。
研究人员在传统硬件、量子硬件（特别是一台16量子比特的IBM设备）以及模拟量子硬件上运行的生成模型，生成了一百万个候选药物，随后通过算法和人工评估进行了筛选。
最终，科学家合成并通过细胞实验测试了15种分子。
其中两种由量子增强生成模型产生的分子与现有的KRAS抑制剂在结构上截然不同，并显示出比纯传统模型产生的分子更高的结合亲和力。
该研究使用了Zapata AI公司的Orquestra®平台上的QML Suite Python软件包，该软件包可通过以下链接访问：
https://docs.orquestra.io/docs/qml-core/index.html
Zapata AI公司的首席技术官兼联合创始人Yudong Cao对该项目表示兴奋：“这个项目激动人心地展示了量子计算和传统计算如何互补，共同提供端到端的解决方案。我们期待着进一步推进这项研究，推动所发现的分子通过药物发现流程，将我们的方法应用于其他疾病靶点，并将我们的量子增强型生成式人工智能技术扩展到面临复杂设计挑战的其他行业应用中。”
当时，Zapata AI的首席执行官及联合创始人克里斯托弗·萨沃伊（Christopher Savoie）充满期待地表示：“这是历史上首次，我们通过量子增强的人工智能技术成功生成了具有实际潜力的药物先导分子。更重要的是，这只是一个开始。”
萨沃伊进一步强调：“考虑到Zapata的生成式人工智能技术与D-Wave的量子退火计算技术在商业领域的成熟度，我们期待能够迅速推动这些技术进入市场。”
“我们期望通过扩大这项研究，不仅为药物研发，也为其他行业应用开辟新分子的发现之路。”
尽管手术、化学疗法和放射疗法在抗癌斗争中取得了进展，但癌症的死亡率仍然居高不下。在美国，癌症成为了仅次于心血管疾病的第二大致命疾病。
到2018年，全球因癌症而死亡的人数达到了950万。
挑战癌症的根本困难在于，长期以来科学界对于癌症的本质理解不足。关于这个致命疾病是否由单一因素引发，或是多种因素如饮食、污染、遗传、病毒、辐射和吸烟等复杂因素共同作用的结果，曾引发广泛争议。
随着遗传学和生物技术的突飞猛进，我们逐渐揭开了癌症的真面目。根本上来说，癌症是一种与我们的基因紧密相关的疾病，尽管环境因素和不幸的偶然也能触发。
实际上，癌症并非单一的疾病，而是基因突变的复杂集合，导致健康细胞异常增殖并最终危及生命。
癌症的普遍性贯穿历史和物种。从古代木乃伊到现代人类，从人到动物，癌症无处不在，成为复杂生命存在代价的一部分。
生命的复杂性要求亿万细胞协同进行复杂的化学反应，其中一些细胞的死亡和新细胞的生成是必要的，以支持生长和发育。
然而，当这一死亡过程出现错误，细胞无法停止繁殖，形成不死的癌细胞，它们不受控制地生长，形成肿瘤，最终摧毁生命。
简而言之，癌细胞是失去了死亡能力的正常细胞。
癌症的发展通常需要数年甚至数十年，累积的基因突变最终导致细胞失控增殖。但癌症为何在进化过程中未被自然选择淘汰？主要因为癌症大多在生育期后才显现，对进化的影响较小。
进化本质上是自然选择和随机机会的结果，而生命的分子机制虽然令人赞叹，但也是经历亿年试错的随机产物。因此，我们不能期待身体能完美抵御所有疾病。
量子技术的崛起为癌症研究提供了新的希望。
量子计算机，凭借其处理复杂问题的能力，为我们在理解癌症的遗传复杂性和筛选治疗方案上开辟了新天地，特别适合解决癌症这类多变的疾病，为我们提供了全新的战斗平台，以对抗癌症及其他一系列难治疾病。
例如，肿瘤形成初期，体内可能已经有数十亿个癌细胞在繁殖。一旦确诊为恶性肿瘤，医生通常会迅速建议手术、放疗或化疗。
但在某些情况下，这样的干预可能为时已晚。
那么，如果我们能够在肿瘤形成之前就检测到异常细胞，从而有效阻止癌症的扩散呢？在这一领域，量子计算机有望发挥关键作用。
目前，通过液体活检技术，我们已能检测出超过50种不同类型的癌症。简单的常规体检可能最终能够提前数年发现潜在的致命癌症。
展望未来，甚至家中的马桶都可能成为检测癌症的前哨站，能够敏感地识别循环于体液中的癌细胞、酶和基因标记，使癌症不再比普通感冒更致命。每次如厕，你都有机会进行癌症筛查，智能马桶或许成为我们防御癌症的第一道防线。
尽管数以万计的不同基因突变可能导致癌症的发生，但量子计算机具备学习识别这些突变的潜力，使得一次简单的血液检测就可能诊断出多种潜在癌症。
我们的基因组可能每天或每周被读取一次，并由远程量子计算机扫描，寻找有害突变的迹象。
虽然这并不能治愈癌症，但足以阻止其扩散，将癌症的威胁降至与普通感冒相当。
许多人问：“为什么我们不能治愈普通感冒？”实际上，由于存在300多种不断变异的病毒，研发针对每一种的疫苗并不现实，我们只能学会与之共存。
这或许预示着癌症研究的未来方向。癌症最终可能被视为一种可管理的病症，而非致命判决。鉴于癌症基因的繁多，为每个基因设计特定治疗方案可能不现实。
但如果我们能利用量子计算机在癌细胞大规模扩散前几年，当它们仍然只是由数百个细胞组成的微小群体时进行检测，我们就有可能阻止它们的进一步发展。
换言之，未来我们或许总会遇到癌症，但只有在极少数情况下，癌症才会成为致命的威胁。
另一个探测早期癌症的方法可能涉及使用传感器来识别癌细胞释放的微弱气味。未来，你的手机上可能装有能够捕捉这些气味的附件，并与云端的量子计算机相连，这不仅能帮助你抵御癌症，还能辅助预防其他多种疾病。量子计算机将分析全国数百万个“机器人鼻子”的数据，从而有效预防癌症的发生。
气味分析已被证明是一种有效的诊断技术。例如，机场使用经过训练的狗来检测冠状病毒，这种方法比一般的病毒PCR检测更快、更准确。
这种技术尽管仍处于实验阶段，但未来可能像手机摄像头一样普及。
由于数亿智能手机和传感器可能产生的海量数据，只有量子计算机才能有效处理这些信息。这些超级计算机利用人工智能分析数据，可能在肿瘤形成前多年就发现癌症迹象。
但由于该技术仍处于实验阶段，分析一份尿液样本是否含有癌症需要花费约1000美元。由于数亿智能手机和传感器可能产生的海量数据，只有量子计算机才能有效处理这些信息。
这些超级计算机利用人工智能分析数据，可能在肿瘤形成前多年就发现癌症迹象。
未来，多种方法可能无声无息地、而且毫不费力地揭示癌症的早期迹象，液体活检和气味探测技术或许能将数据直接发送至量子计算机，以识别多种癌症类型。
最终，“肿瘤”一词可能会从我们的日常语言中消失，正如我们不再讨论“放血”或“水蛭治疗”一样。
但如果癌症已经形成，量子计算机的介入又将如何助力我们治愈这一顽疾？
随着科技的进步，量子计算能力的提升有望为癌症治疗带来革命性的突破，为我们提供更加精确和有效的治疗方案。
然而，随着基因工程技术的发展，免疫疗法作为一种创新的治疗手段正日益受到关注。
免疫疗法的核心在于激活和增强人体自身的免疫系统，以识别并攻击癌细胞。虽然癌细胞擅长逃避免疫系统的侦测，免疫疗法旨在通过技术手段提升免疫系统对癌细胞的识别能力。
一种有效的策略是通过对癌细胞的基因组进行测序，精确了解癌症的类型和进展，再利用经过改造的病毒将癌症的遗传信息植入到从患者血液中提取的白细胞中。这些经过重新编程的白细胞被注射回患者体内，从而能够识别并攻击癌细胞。
这种方法已经在治疗多种癌症（膀胱癌、脑癌、乳腺癌、宫颈癌......），包括一些难以治愈的晚期癌症中显示出潜力，为某些原本无望的病例带来了希望。
然而，这种疗法并非适用于所有类型的癌症，且因为涉及到人为修改白细胞的遗传信息，有时会引发不完美的变化，可能导致副作用，甚至在某些情况下，这些副作用可能是致命的。
量子计算技术的发展有望进一步完善免疫疗法。
量子计算机通过分析大量数据，有潜力精确识别每个癌细胞的遗传特征，从而优化治疗方案。通过定期分析个体的体液和基因组，与已知的癌症基因进行比较，量子计算可以助力于早期诊断和个性化治疗计划的制定，希望最终能显著降低癌症的威胁。
通过对每个人的体液进行分析，每个人的基因组都将被无声、高效地读取，每月读取数次；他们的整个基因组将被测序，计算机将为每人编目约2万个基因。然后将这些基因与已知的数千种可能的癌症基因进行比较。
要分析如此大量的原始数据，需要庞大的量子计算机基础设施。但这样做的好处是巨大的：可以减少这种可怕的杀手。
免疫系统的复杂性和其识别抗原的能力一直是生物学的重要研究领域。通过进化，人体已经发展出一套复杂的机制来识别和消灭入侵的抗原。然而，有时这个系统会出错，导致自身免疫性疾病或者无法识别和攻击癌细胞。
识别危险抗原的整个过程纯粹是一个量子力学过程。传统的数字计算机无法重现免疫系统正常工作时必须在分子水平上发生的一系列复杂事件。
量子计算提供了一个全新的视角，可能帮助我们深入理解免疫系统的工作原理，并开发出更有效的治疗方法来对抗癌症等疾病。
量子计算机通过其强大的数据处理能力，能够精确识别并分析复杂的遗传疾病，而CRISPR技术则提供了一种创新的手段，允许科学家在基因层面进行“剪切”和“粘贴”，直接修复或修改疾病相关的基因。
自20世纪80年代以来，基因治疗的概念——通过修复损坏的基因来治疗疾病，就已激发了人们的极大兴趣。
随着至少1万种已知遗传疾病的存在，科学家们一直梦想着能够改写生命的基本代码，从而纠正自然界的缺陷，甚至提升人类的健康和智力。
早期的基因治疗研究尝试着解决由单个或少数几个基因错误造成的遗传性疾病，如镰状细胞性贫血（许多非裔美国人患病）、囊性纤维化（许多北欧人患病）和泰-萨克斯病（阿什肯纳兹犹太人患病）等。
这些疾病的治疗策略包括将修复基因通过改造后的无害病毒携带，注入患者体内，类似于免疫疗法的方法。
这些基因工程试验是以类似于免疫疗法的方式进行的。首先，将所需基因植入一种无害的病毒中，并对其进行改造，使其无法攻击宿主。然后将病毒注射到病人体内，这样病人就感染了所需的基因。
不幸的是，并发症很快就出现了。例如，人体往往会将病毒视为异物并对其进行攻击，从而给病人带来不必要的副作用。1999年，一名病人在一次试验后死亡，使许多人对基因疗法的希望破灭了。资金开始枯竭、研究计划大幅缩减、试验被重新审查或停止。
但随着对CRISPR技术的发现和发展，情况开始发生变化。
研究人员发现，细菌通过一种精巧的机制来防御病毒攻击，即通过CRISPR系统精确地切割入侵病毒的DNA。这一发现促成了CRISPR技术的开发，Emmanuelle Charpentier和Jennifer Doudna因此获得了2020年的诺贝尔奖，以表彰他们在这一领域的贡献。
未来，利用基因治疗和CRISPR技术的进步，人们或许可以通过免疫疗法和量子计算机修复基因中的拼写错误，从而治愈多种癌症，同时减少致命的副作用。
下面列出了一些CRISPR有希望治疗的遗传疾病：
1）癌症
在宾夕法尼亚大学，科学家们利用 CRISPR 技术移除了让癌细胞躲避人体免疫系统的三个基因。然后，他们又添加了另一个可以帮助免疫系统识别肿瘤的基因。科学家们发现，这种方法虽然无效，但很安全，即使用于晚期癌症患者也是如此。
此外，瑞士-美国生物技术公司CRISPR Therapeutics AG 正在对130名血癌患者进行试验。这些患者正在接受免疫疗法的治疗，该疗法利用CRISPR修改患者的DNA。
2）镰状细胞性贫血
CRISPR Therapeutics公司还从镰状细胞性贫血患者身上采集骨髓干细胞。然后，该公司正在改变这些细胞，使其产生胎儿血红蛋白。然后将这些经过处理的细胞植入人体。
3）艾滋病
由于CCR5基因突变，少数人天生就对艾滋病病毒有免疫力。正常情况下，该基因产生的蛋白质会为艾滋病病毒进入细胞创造一个入口。然而，在这些罕见的个体中，CCRS基因发生了突变，因此艾滋病病毒无法侵入细胞。对于没有发生这种突变的人，科学家们正在利用CRISPR技术有意识地编辑CCRS基因中的突变，使病毒无法再进入他们的细胞。
4）囊性纤维化
囊性纤维化是一种影响呼吸系统和胃肠道系统的较常见疾病，患者很少能活过40岁。它是由CFTR基因突变引起的。
荷兰的医生利用CRISPR技术修复了这种基因，而且不会产生副作用。马萨诸塞州的生物技术公司Editas Medicine Inc.、Beam Therapeutics以及CRISPR Therapeutics等其他集团也在计划利用CRISPR治疗囊性纤维化。
5）亨廷顿氏病
这种遗传病通常会导致痴呆、精神疾病、认知障碍和其他衰弱症状。
据说，1692年塞勒姆女巫审判中受到迫害的一些妇女就患有这种疾病。这种疾病是DNA中亨廷顿基因重复的结果。费城儿童医院的科学家们正在利用CRISPR治疗这种疾病。
然而，面对如此庞大和复杂的遗传信息，传统计算能力难以胜任。量子计算机以其超越传统计算机的处理能力，成为解决这一挑战的关键。
通过分析大量遗传数据，量子计算机有潜力揭示复杂疾病的遗传机制，为CRISPR技术提供精确的编辑目标。
想象一下，在我们的浴室里，量子计算机能够扫描并分析整个人群，捕捉到癌症的最初信号，并构建起一个庞大的国家级基因组数据库。
如果癌症确实发展成型，量子计算机的介入还可能革新我们的免疫系统，赋予其对抗数百种癌症的能力。结合基因疗法、免疫疗法、量子计算以及CRISPR技术，我们有可能在分子层面上精确地编辑癌症基因，既能有效治疗癌症，又能大幅降低免疫疗法的罕见但可能致命的副作用。
研究表明，可能只有少数关键基因，如p53，与大多数癌症的形成有关。通过量子计算机提供的深入见解与基因疗法的结合，我们或许能在根源上阻止癌症的发生。
虽然癌症的形成路径多种多样，我们可能仍旧会面临一些癌症的威胁，但未来对待癌症的态度或许会像对待普通感冒一样——视其为一种可预防且易于管理的病症。
更为激动人心的是，人工智能与量子计算的结合为我们提供了新的防御线——能够设计出构成我们身体的蛋白质。这种技术的融合，有潜力不仅治愈当前的不治之症，还能重塑生命本身。