超越分子:量子计算与AI如何重写药物发现规则Beyond the molecule: how quantum computing and AI are rewriting the rules of drug discovery

环球医讯 / AI与医疗健康来源:www.techuk.org英国 - 英语2026-10-09 12:42:17 - 阅读时长5分钟 - 2014字
本文深入探讨了量子计算与人工智能如何协同革新药物研发领域,指出传统药物研发流程存在高昂成本与低成功率的问题,而AI已在靶点识别方面展现价值,量子计算则能突破经典AI在分子相互作用预测上的边界,二者结合形成混合系统将大幅提高研发效率、降低成本,英国凭借国家量子计算中心和NHS数据优势有望引领这一变革,但需政府与企业迅速行动以把握先机,这一技术融合不仅将加速新药研发,更将重塑整个药物发现过程的控制权归属。
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超越分子:量子计算与AI如何重写药物发现规则

此刻,某个前景光明的药物候选物正在II期临床试验中失败。这不会登上新闻头条,但损失已达数亿英镑。将这一现象在整个行业范围内放大,你就会明白为什么药物研发——尽管科学成就卓越——仍是现代商业中经济效率最为低下的流程之一。

数据不容乐观。将一种药物推向市场平均耗资20亿英镑,耗时长达十二年以上。十分之九的候选药物在到达患者前就已失败。这一高淘汰率很大程度上源于一个根本性限制:在投入数年开发之前,我们无法准确预测分子在体内的行为表现。从根本上说,这不仅是计算能力的限制,更是一个证据问题——存在于我们能够模拟的与我们能够信赖的之间的鸿沟。

我们一直在使用一张不完整的地图探索分子空间。这种情况正在改变——如果英国果断行动,有望引领这一变革。

AI改变了我们能够发现什么。量子计算将改变我们能够构建什么。二者结合,代表了人类历史上最强大的药物发现引擎。

AI的贡献

人工智能已在药物发现中确立了其地位,能够在数天而非数年内识别疾病靶点。生成式模型提出的新型分子结构,其速度是任何人类化学家都无法比拟的。英国在此领域做出了重要贡献——从DeepMind的AlphaFold突破,到遍布大学集群的世界级计算生物学研究。

AI通过压缩时间和扩展可搜索空间改变了发现过程。然而,其核心仍是一个基于历史数据的推理引擎。当问题从识别模式转向预测根本性的新分子相互作用时,其认知边界就显现出来。事实上,当需要预测新型分子以此前从未观察过的方式与蛋白质相互作用时,经典AI已走到尽头。这不是AI的局限,而是一个边界条件。正是在这个边界处,量子计算开始发挥作用。

量子计算的赋能

量子计算不仅仅扩展了计算能力——它引入了一个新的证据层面。通过利用叠加和纠缠,量子系统能够表示和操纵经典比特无法编码的量子态。对药物发现而言,这一区别至关重要。通过在与其试图模拟的系统相同的物理层面运行,它使模拟能够结构上与分子现实保持一致,而非仅是近似。

变分量子本征求解器(VQE)——一种领先的量子-经典混合算法——计算分子系统的最低能量状态,揭示候选药物是否稳定以及它如何与其目标蛋白质结合。这使研究人员能够在合成任何化合物之前评估结合亲和力和选择性。以量子保真度在计算机中快速失败的能力,不是渐进式的改进,而是管道经济学的结构性转变。更重要的是,它标志着从概率筛选向在发现最早阶段基于物理学的证据生成的转变。

AI与量子计算的协同

这里最具商业可信度的愿景是量子与AI作为一个紧密集成的混合系统运行,各司其职。

AI驱动的靶点识别浮现出最有希望的疾病机制。生成式AI提出针对这些靶点优化的候选分子。此时,候选分子需要对其结合行为进行量子保真度评估。量子处理器接手,运行VQE计算,将候选范围缩小至最高概率的治疗性分子。这些筛选出的分子随后交还给AI进行临床预测建模:预测试验结果、识别响应患者亚群、标记不良事件风险。

结果是一个更快、更准确、更具资本效率的流程——但也更根本的是:一个连续的证据架构,其中假设生成、验证和预测不再是顺序步骤,而是动态互连的过程。行业估计表明,这种综合方法可将候选药物开发时间缩短30%至50%。这一转变超越了效率。它挑战了围绕静态验证和离散开发阶段构建的监管模型,而是指向持续的、情境感知的证据生成。这种创新方法代表着数十亿英镑的释放价值,更重要的是,为患者赢得了宝贵时间。

英国的机遇

英国的量子生态系统由国家量子计算中心(NQCC)和全球最先进的大学研究团队支撑。这不仅是一个创新机会——更是技术与治疗主权的问题。我们的生命科学部门每年产生大量研发投资。而NHS提供了一种独特价值:规模非凡的纵向患者数据集。

政府的"前沿计算"(Frontier Compute)倡议提供了政策框架。问题在于行业是否能足够迅速地充实这一框架。美国、中国和德国正在量子赋能的药物发现方面进行重大国家支持的投资。这里的先行者优势不仅仅是声望。专利位置、人才集中和平台锁定可能塑造一代人的竞争格局。量子与AI的融合不仅将加速发现,还将重新定义谁控制发现过程本身。

从当今嘈杂的中等规模量子设备过渡到容错量子计算,最终将解锁生产级制药工具。现在建立混合AI-量子能力的组织,将在跨越这一门槛时处于最佳扩展位置。

前进道路

对于生命科学公司而言,当务之急是立即参与——而不是等待硬件成熟。这意味着建立量子就绪的计算化学能力,并与量子硬件和软件提供商以及学术团体建立合作伙伴关系。对于政策制定者而言,杠杆很明确:持续投资NQCC,为发现管道启用负责任的NHS数据访问,并创建奖励在英国本土进行前沿计算投资的激励结构。

定义下一代药物的分子就在化学空间中等待被发现。问题在于哪些国家和组织将首先构建找到它们的工具。英国拥有引领这一发现所需的一切。融合已经展开。仍然不确定的不是它是否会重塑药物发现,而是谁将定义其规则。

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