Điều chưa biết về y học lượng tử

Moderna vừa tuyên bố hợp tác với IBM, sử dụng điện toán lượng tử để thúc đẩy công nghệ mRNA, công nghệ cốt lõi vắc xin COVID 19 của Moderna, giúp đẩy nhanh quá trình tạo vắc xin mới.

Tiềm năng trong y học

Virus Corona đã cho thấy thế giới ngày càng phải nhanh hơn trong việc tìm ra các loại thuốc, bởi giờ đây các loại virus càng ngày càng lây lan nhanh hơn, xa hơn và bất ngờ hơn.

Chính vì thế, trong lĩnh vực y học hay sản xuất thuốc, bác sĩ và các nhà khoa học đang tiến tới một công cụ với sức mạnh khủng khiếp: điện toán lượng tử, bởi nó có khả năng tính toán nhanh gấp hàng tỷ lần so với công nghệ máy tính đương thời.

Tuy công nghệ y học đã có những bước tiến rất đáng kể, ví dụ như vào những năm 1980, khi phân tích cấu trúc như bản đồ protein của HIV, người ta phải mất đến 4 năm; còn với COVID19, các bác sĩ chỉ mất 12 ngày để lập bản đồ protein bằng các kỹ thuật mới. Tuy nhiên, việc phát triển một phương pháp chữa trị hoặc vaccine vẫn mất nhiều thời gian và chi phí cao đến mức các hãng dược phẩm lớn không phải lúc nào cũng có động lực để thử nghiệm.

Ước tính hành trình này kéo dài khoảng 15 năm và tiêu tốn 2,6 tỷ USD, bắt đầu bằng quá trình lọc hàng triệu phân tử để xác định hàng trăm phân tử đầy triển vọng có tiềm năng cao trở thành thuốc. 99,9% sẽ là thất bại do dự đoán hành vi không chính xác và giới hạn của các mẫu.

Trong khi đó, về lý thuyết, máy tính lượng tử sẽ giúp khám phá thuốc trong silico từ đầu đến cuối và tìm ra các quy trình chế tạo thuốc chỉ trong vài ngày. Thậm chí, các nhà khoa học còn kỳ vọng máy tính lượng tử mô phỏng luôn cơ thể con người để mô phỏng tác động của thuốc lên cơ thể.

Đó là những kỳ vọng ở tương lai xa, còn ở hiện tại hãy xem sự kết hợp giữa y học và lượng tử gần ngay trước mắt.

Ứng dụng thực tế

Sự kết hợp giữa lượng tử và y học đã được manh nha thực hiện ở khắp nơi. Gần đây nhất là việc kết hợp giữa Moderna và IBM. IBM đã đồng ý cho Moderna truy cập vào các hệ thống máy tính lượng tử và mô hình AI tổng hợp của họ để nghiên cứu vaccine và tạo ra các liệu pháp RNA mới. Moderna cũng không giấu tham vọng cung cấp các loại vaccine mới cho bệnh ung thư, bệnh tim và các bệnh khác vào năm 2030.

Không chỉ có Moderna quan tâm tới lượng tử, Trung tâm Nghiên cứu Ung thư Đức (DKFZ) đang lên kế hoạch sử dụng máy tính lượng tử IBM Q System One ở Ehningen, Đức, để phân tích dữ liệu bệnh nhân ung thư nhằm điều trị cá nhân hóa.
Ở lĩnh vực này, máy tính lượng tử có khả năng chạy giải trình tự bộ gen cho mọi cá nhân, đưa ra các khuyến nghị điều trị có mục tiêu, giúp sử dụng tốt nhất các loại thuốc hiện có.

Điều này đặc biệt quan trọng đối với các phương pháp điều trị ung thư, trong đó mỗi bệnh nhân có thể tạo ra tới 100 terabyte dữ liệu cá nhân, thời gian là điều cốt yếu và mọi sự chậm trễ đều làm giảm cơ hội điều trị thành công. Máy tính lượng tử đóng vai trò so sánh mọi yếu tố lâm sàng với mọi sự kết hợp điều trị có thể để đưa ra lựa chọn hiệu quả nhất trong khoảng thời gian ngắn nhất có thể.

Ngoài ra, với các bệnh ung thư thì xạ trị vẫn là phương pháp điều trị chính, nhưng nếu không được điều chỉnh chính xác, nó có thể giết chết các tế bào khỏe mạnh cùng với các tế bào ung thư. Việc tạo ra một kế hoạch xạ trị đòi hỏi phải xử lý hàng nghìn biến số và có thể mất nhiều giờ. Hiện tại, với khả năng tính toán của các máy tính cổ điển, kết quả không phải lúc nào cũng chính xác như mong đợi.

Điện toán lượng tử có thể chạy tất cả các hoán vị có thể và xem xét nhiều điểm dữ liệu hơn trong khung thời gian ngắn hơn để tạo ra một kế hoạch điều trị được tối ưu hóa tốt hơn.

Điện toán lượng tử có thể cải thiện chẩn đoán bệnh hiếm gặp bởi về cơ bản, các bệnh hiếm gặp ít xuất hiện nên hầu hết các bác sĩ đều không có kinh nghiệm phát hiện. Nhưng máy tính lượng tử có thể sử dụng các công cụ học máy mạnh mẽ để so sánh với nhiều triệu chứng hơn với giới hạn khả năng của một con người. Việc chẩn đoán hình ảnh MRI hay chẩn đoán từ trình tự bộ gen lượng tử cũng vậy, nó có thể phát hiện các khối u khi chúng còn nhỏ xíu.

Các thiết bị quét và chụp ảnh lượng tử vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, nhưng các nhà khoa học đang rất hào hứng với các khả năng này. Kết hợp các hạt nano với điện toán lượng tử có thể tạo ra các cảm biến lượng tử, có thể mang lại khả năng phát hiện sớm hơn và đáng tin cậy hơn đối với các tình trạng như ung thư hoặc chứng mất trí nhớ.

Công ty công nghệ lượng tử MacQSimal đặt mục tiêu thay thế các máy chụp từ não đồ (MEG) cồng kềnh, đắt tiền và ngốn năng lượng bằng một chiếc mũ cảm biến lượng tử để quét não chính xác hơn. Trong khi đó, MetaboliQS đang nghiên cứu ứng dụng động lực học lượng tử kim cương để chụp ảnh tim đa phương thức an toàn hơn, nhằm cải thiện chẩn đoán bệnh tim mạch.

“Người đỡ đầu” Moderna

IBM ra mắt chip nhỏ nhất thế giới

IBM ra mắt phần mềm AI giúp ứng phó với các rủi ro khí hậu và thời tiết