（來源：麻省理工科技評(píng)論）

我站在地處牛津郊外的英國國家量子計(jì)算中心的一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)前。實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，一組復(fù)雜的反射鏡和透鏡陣列圍繞著一個(gè)魔方大小的真空腔，腔內(nèi)有 100 個(gè)銫原子被一束精密控制的激光束懸浮在網(wǎng)格陣列中。

這套銫原子裝置非常緊湊，我完全可以把它抱起來，帶出實(shí)驗(yàn)室，放到我車后座上帶回家——它雖然小，但性能強(qiáng)大，因此也非常值錢。擁有這臺(tái)機(jī)器的 Infleqtion 是一家總部位于科羅拉多州的公司，他們希望憑借這臺(tái)機(jī)器的能力在下周贏得 500 萬美元獎(jiǎng)金。頒獎(jiǎng)活動(dòng)將在加州瑪麗安德爾灣（Marina del Rey）舉行。

Infleqtion 是進(jìn)入“量子生物”（Quantum for Bio，簡稱 Q4Bio）競賽決賽階段的六支隊(duì)伍之一。這場競賽歷時(shí) 30 個(gè)月，由非營利組織 Wellcome Leap 主辦，目標(biāo)是證明當(dāng)今的量子計(jì)算機(jī)雖然噪聲大、容易出錯(cuò)、遠(yuǎn)不及工程師們期望建造的大規(guī)模機(jī)器，但確實(shí)能為人類健康帶來實(shí)際價(jià)值。如果成功，這將是證明量子計(jì)算機(jī)實(shí)用價(jià)值的重要一步。但就目前而言，這種價(jià)值似乎與另一件事密切相關(guān)：在利用量子計(jì)算的同時(shí)，協(xié)同提升傳統(tǒng)（也稱經(jīng)典）計(jì)算機(jī)的性能，構(gòu)建一種量子-經(jīng)典混合方案，使其表現(xiàn)超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)單獨(dú)運(yùn)行的極限。

競賽設(shè)有兩個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)類別。200 萬美元獎(jiǎng)金將頒發(fā)給任何能在 50 個(gè)或以上量子比特（qubit，量子計(jì)算機(jī)的基本處理單元）的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行出有重大實(shí)用價(jià)值的醫(yī)療算法的團(tuán)隊(duì)。要贏得 500 萬美元大獎(jiǎng)，團(tuán)隊(duì)必須成功運(yùn)行一個(gè)量子算法來解決一個(gè)真實(shí)的重大醫(yī)療問題，且必須使用 100 個(gè)或以上量子比特。獲獎(jiǎng)?wù)咝枰_(dá)到嚴(yán)格的性能標(biāo)準(zhǔn)，并且解決的問題必須是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法解決的——這是一項(xiàng)極其艱巨的任務(wù)。

盡管挑戰(zhàn)巨大，大多數(shù)團(tuán)隊(duì)都認(rèn)為自己有機(jī)會(huì)拿到部分獎(jiǎng)金。“我覺得我們很有希望，”英國諾丁漢大學(xué)計(jì)算化學(xué)家喬納森·D·赫斯特（Jonathan D. Hirst）說。“我們完全符合 200 萬美元獎(jiǎng)項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)，”斯坦福大學(xué)的格蘭特·羅茨科夫（Grant Rotskoff）說。他的合作團(tuán)隊(duì)正在研究為生物細(xì)胞提供能量的 ATP 分子的量子特性。

大獎(jiǎng)就沒那么有把握了。“這真的處在可行性的最邊緣，”羅茨科夫說。知情人士透露，考慮到量子計(jì)算技術(shù)的現(xiàn)狀，這個(gè)挑戰(zhàn)難度極大，很多獎(jiǎng)金可能會(huì)留在 Wellcome Leap 的賬上。

Q4Bio 的大部分研究成果尚未發(fā)表，且受保密協(xié)議保護(hù)，而量子計(jì)算領(lǐng)域本身已經(jīng)充斥著各種關(guān)于性能和成果的聲明與反駁，所以最終只有評(píng)委能判定誰對(duì)誰錯(cuò)。

混合方案

量子計(jì)算機(jī)背后的理念是，利用遵循量子力學(xué)定律的微觀物體（如原子和光子）來模擬真實(shí)世界中過于復(fù)雜、無法在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上建模的過程。

研究人員花了幾十年時(shí)間來構(gòu)建這樣的系統(tǒng)，它們有望為新材料開發(fā)、藥物研發(fā)以及化肥生產(chǎn)等化學(xué)過程的改進(jìn)提供洞見。但操控原子這類量子對(duì)象極其困難。最大、最引人注目的應(yīng)用需要大型、穩(wěn)健的機(jī)器，能夠抵御環(huán)境“噪聲”對(duì)脆弱量子系統(tǒng)的干擾。我們還沒有這樣的機(jī)器，也不清楚什么時(shí)候能有。

Wellcome Leap 想弄清楚一件事：在等待強(qiáng)大的大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)時(shí)代到來的過程中，我們現(xiàn)有的小型機(jī)器能否為醫(yī)療健康做出哪怕一點(diǎn)有用的事。該組織于 2024 年啟動(dòng)了這場競賽，從 12 支入選團(tuán)隊(duì)中各提供 150 萬美元的研究資助。

進(jìn)入決賽的六支 Q4Bio 團(tuán)隊(duì)采取了各不相同的路線。關(guān)鍵在于，他們都想出了巧妙的方法來克服量子計(jì)算的缺陷。面對(duì)噪聲大、能力有限的機(jī)器，他們學(xué)會(huì)了把大量計(jì)算任務(wù)外包給運(yùn)行新開發(fā)算法的經(jīng)典處理器，這些算法在很多情況下比此前的最優(yōu)水平還要好。量子處理器只需要負(fù)責(zé)那些隨著計(jì)算規(guī)模增大、經(jīng)典方法難以有效擴(kuò)展的部分。

舉個(gè)例子，牛津大學(xué)的謝爾蓋·斯特列丘克（Sergii Strelchuk）帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正在使用量子計(jì)算機(jī)，在復(fù)雜的圖結(jié)構(gòu)上映射人類和病原體之間的遺傳多樣性。研究人員希望這能揭示隱藏的關(guān)聯(lián)和潛在的治療路徑?！澳憧梢园阉斫鉃橐粋€(gè)解決計(jì)算基因組學(xué)難題的平臺(tái)，”斯特列丘克說。

對(duì)應(yīng)的經(jīng)典工具在面對(duì)大型數(shù)據(jù)庫時(shí)，即使只是適度擴(kuò)展也會(huì)力不從心。斯特列丘克的團(tuán)隊(duì)搭建了一條自動(dòng)化流程，可以判斷經(jīng)典求解器是否會(huì)在某個(gè)特定問題上遇到困難，以及量子算法能否將數(shù)據(jù)重新組織，使其能夠在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上求解或在有噪聲的量子計(jì)算機(jī)上處理。“這些判斷都可以在你花錢買算力之前完成?！彼固亓星鹂苏f。

總部位于赫爾辛基的 Algorithmiq 公司與克利夫蘭診所合作，使用 IBM 制造的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)模擬了一種由特定類型的光觸發(fā)的抗癌藥物。“這個(gè)想法是，你服下這種藥，它分布在你全身各處，但什么也不做，就安靜待著，直到特定波長的光照射到它，”Algorithmiq 的首席科學(xué)官吉列爾莫·加西亞-佩雷斯（Guillermo García-Pérez）說。然后它就像一顆分子子彈，只在光照到的身體部位攻擊腫瘤。

Algorithmiq 著手研究的這款藥物已經(jīng)進(jìn)入治療膀胱癌的 II 期臨床試驗(yàn)。通過在經(jīng)典算法基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化的量子計(jì)算模擬，可以對(duì)藥物重新設(shè)計(jì)，使其用于治療其他疾病?！八砸恢本窒抻谛”姱煼?，恰恰是因?yàn)橛媒?jīng)典方法無法對(duì)其進(jìn)行模擬，”Algorithmiq 的 CEO 兼聯(lián)合創(chuàng)始人薩布麗娜·馬尼斯卡爾科（Sabrina Maniscalco）說。

馬尼斯卡爾科同樣有信心從這場競賽中帶走獎(jiǎng)金。她相信開發(fā)這套算法的方法將有廣泛的應(yīng)用前景：“在 Q4Bio 項(xiàng)目期間，我們做出了獨(dú)特的成果，它可能改變醫(yī)療和生命科學(xué)領(lǐng)域的化學(xué)模擬方式。”

Infleqtion 的參賽方案運(yùn)行在其銫原子驅(qū)動(dòng)的機(jī)器上，目標(biāo)是改進(jìn)醫(yī)療數(shù)據(jù)中癌癥特征的識(shí)別。該公司的科學(xué)家與芝加哥大學(xué)和 MIT 的合作者一起開發(fā)了一種量子算法，可以挖掘癌癥基因組圖譜（Cancer Genome Atlas）等大型數(shù)據(jù)集。

其目標(biāo)是找到能幫助臨床醫(yī)生判斷患者轉(zhuǎn)移性癌癥可能來源的模式。“弄清楚癌癥從哪里來非常重要，因?yàn)檫@關(guān)系到最佳治療方案的選擇，”Infleqtion 的量子軟件工程師蒂格·托梅什（Teague Tomesh）說。他是該公司 Q4Bio 項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。

問題在于，這些模式隱藏在規(guī)模大到經(jīng)典求解器無力處理的數(shù)據(jù)集中。Infleqtion 用量子計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)中尋找關(guān)聯(lián)性，以此壓縮計(jì)算規(guī)模?！叭缓笪野芽s減后的問題交回給經(jīng)典求解器，”托梅什說，“我的思路就是把量子資源和經(jīng)典資源的優(yōu)勢都用上?！?/p>

諾丁漢團(tuán)隊(duì)則在利用量子計(jì)算鎖定一種候選藥物，用于治療強(qiáng)直性肌營養(yǎng)不良癥——這是成人中最常見的肌營養(yǎng)不良類型。團(tuán)隊(duì)成員之一大衛(wèi)·布魯克（David Brook）早在 1992 年就參與發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致這一疾病的基因。三十多年后，布魯克、赫斯特和團(tuán)隊(duì)其他成員——其中包括波士頓的中性原子量子計(jì)算機(jī)公司 QuEra——通過量子計(jì)算找到了藥物與致病蛋白形成化學(xué)鍵的途徑，有望阻斷引發(fā)疾病的機(jī)制。

降低預(yù)期

參賽者們信心十足，但希漢·薩吉德（Shihan Sajeed）的預(yù)期要低得多。薩吉德是一位量子計(jì)算創(chuàng)業(yè)者，常駐安大略省滑鐵盧市，同時(shí)也是 Q4Bio 的項(xiàng)目總監(jiān)。他認(rèn)為，研究人員不得不使用的這些高噪聲量子機(jī)器，不太可能滿足大獎(jiǎng)的全部標(biāo)準(zhǔn)?！坝靡慌_(tái)有噪聲的量子計(jì)算機(jī)做出經(jīng)典機(jī)器做不到的事情，非常困難，”他說。

話雖如此，研究進(jìn)展還是讓他感到意外?！绊?xiàng)目啟動(dòng)時(shí)，大家還找不到量子計(jì)算在生物學(xué)領(lǐng)域確實(shí)能產(chǎn)生影響的應(yīng)用場景，”他說。但各團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了有前景的方向：“我們現(xiàn)在知道量子計(jì)算在哪些領(lǐng)域能真正發(fā)揮作用了。”

而且參賽者們所采用的“量子-經(jīng)典混合”計(jì)算方法的發(fā)展，在薩吉德看來具有變革性意義。

這是否足以讓他把 Wellcome Leap 的獎(jiǎng)金發(fā)出去？決定權(quán)在評(píng)審團(tuán)手里。評(píng)委的身份被嚴(yán)格保密，以確保沒有人會(huì)針對(duì)某位評(píng)委的偏好來定制自己的展示。結(jié)果不會(huì)馬上揭曉，獲獎(jiǎng)?wù)邔⒃?4 月中旬公布。

如果最終沒有任何團(tuán)隊(duì)獲獎(jiǎng)，薩吉德也有一番安慰的話送給參賽者。他指出，競賽的目標(biāo)一直是在現(xiàn)有的機(jī)器上運(yùn)行一個(gè)有用的算法；沒有達(dá)標(biāo)并不意味著你的算法在未來的量子計(jì)算機(jī)上也沒用?！爸皇钦f明你需要的那臺(tái)機(jī)器還不存在而已?！?/p>

https://www.technologyreview.com/2026/03/19/1134409/a-5-million-prize-awaits-proof-that-quantum-computers-can-solve-health-care-problems/