Il Quantum Computing per la scoperta di nuovi farmaci

E4 Computer Engineering è al fianco di Dompé farmaceutici nell’innovativo progetto MoSeGad – MOlecular StructurE Generation And Docking with Quantum Computing – finalizzato a sfruttare le potenzialità uniche del quantum computing al fine di dare vita a nuovi farmaci.

Il progetto si basa sullo studio di due algoritmi quantistici: il primo, legato alla generazione della struttura tridimensionale della molecola; il secondo, più legato al molecular docking utilizza la formulazione QUBO del problema per sfruttare la macchina chiamata Annealer.

Sottoposto alla call dell’Italian Center for Super Computing, in particolare allo spoke 10 dedicato al quantum computing, MoSeGad si è classificato primo tra sette proposte ammesse. A distinguerlo la coerenza e chiarezza degli obiettivi realizzativi, la fattibilità del piano di lavoro, l’esperienza nella gestione di progetti analoghi e la collaborazione con enti internazionali di ricerca.

Il progetto è entrato recentemente nella fase operativa, e i gruppi di lavoro hanno iniziato ad analizzare i modelli da usare e a preparare i dataset su cui fare le simulazioni, che richiederanno un lavoro dalla durata complessiva di 15 mesi.

“Siamo davvero orgogliosi ed entusiasti di collaborare con Dompé a questo progetto, che mette le basi per l’utilizzo delle nuove tecnologie quantistiche nella realizzazione di nuovi farmaci. Ci sentiamo pionieri che si inoltrano in terreni ancora inesplorati, tant’è vero che non esistono ancora sistemi con un numero di qubit adeguati alle esigenze reali. Stiamo però superando questo problema tramite l’emulazione sui nostri sistemi dotati di acceleratori NVIDIA. Va allo stesso tempo detto che non ci aspettiamo tempi indefiniti per avere le prime macchine ‘adatte’ a questa computazione. Un centinaio di qubit logici sarebbero già sufficienti e questo specifico caso d’uso potrebbe rappresentare la prima killer app del quantum computing”, ha dichiarato Daniele Gregori, CSO E4 Computer Engineering.

“Condividiamo l’entusiasmo di poter lavorare su progetti innovativi e di contribuire a far avanzare la ricerca nel campo della computazione quantistica insieme ad E4, che da tempo ci affianca in molti dei nostri progetti pioneristici. La nostra lunga collaborazione nell’ambito HPC non poteva certo prescindere dai considerevoli risultati raggiunti grazie al VQE, che è un cruciale esempio di come la computazione quantistica e quella classica possano lavorare in sinergia”, ha commentato Anna Fava, Senior Software Engineer, Dompé. “L’obiettivo della VQE è di trovare un insieme di operazioni quantistiche che preparino lo stato a più bassa energia, nel nostro caso la conformazione più stabile e probabile che una molecola assume all’interno di una tasca proteica. La prima fase del progetto MoSeGad sfrutta proprio questa combinazione, con un vantaggio evidente: la parte quantistica può eseguire calcoli che sarebbero proibitivamente costosi per un computer classico, mentre la parte classica può sfruttare le sue capacità di calcolo con potenti algoritmi per ottimizzare rapidamente i parametri”.

MoSeGad, che nasce nel contesto del lungo legame tra E4 e Dompé, ha preso le mosse circa un anno fa da una sessione di lavoro condivisa dedicata alle tecnologie quantistiche, durante la quale sono emerse le potenzialità del quantum computing nel settore farmacologico, in particolare nel molecular docking.

I successivi approfondimenti hanno confermato che l’uso di strumenti quantistici permette di ridurre la complessità dei problemi e migliorare la qualità delle simulazioni, riducendo sensibilmente i tempi di calcolo rispetto al calcolo HPC tradizionale. Per superare i limiti delle quantum machines odierne il progetto utilizza in questa prima fase server E4 dotati di acceleratori NVIDIA come emulatori.

MoSeGad, che vede coinvolti anche partner come il Centro Nazionale di Calcolo CINECA, L’Università dell’Aquila e il Politecnico di Milano, segna un nuovo passo in avanti nell’impegno di E4 a sviluppare le proprie capacità in un ambito di frontiera come il quantum computing.

Il team quantum di E4 è in questo momento in fase di espansione e conta già una decina di membri, tra fisici e ingegneri, tra i quali anche brillanti neolaureati con competenze specifiche in una disciplina che può contare su un bacino di professionisti ancora piuttosto limitato.

E4 ha inoltre recentemente annunciato di essere tra i fondatori del QuEra Quantum Alliance Partner Program. L’iniziativa, promossa da QuEra Computing mira ad accelerare lo sviluppo, l’implementazione e l’utilizzo di computer quantistici ad atomi neutri per affrontare le sfide computazionali più impegnative a livello globale.