Kvanteforskere har fundet opskriften, som kan bane vej for hurtigere udvikling af ny medicin
Matematikere fra Københavns Universitet har nu fundet opskriften til, hvordan man opgraderer kvantecomputere til at kunne simulere komplekse kvantesystemer som for eksempel molekyler. Dermed nærmer vi os muligheden for at kunne forudsige, hvordan nye lægemidler vil opføre sig i vores kroppe, og det kan potentielt revolutionere udviklingen af medicin.

At udvikle et nyt lægemiddel kan tage over et årti og koste milliarder af kroner – og med mange mislykkede forsøg undervejs. Men hvad hvis vi kunne forudsige, hvordan et lægemiddel virker i kroppen allerede inden de første laboratorieforsøg - og dermed fremskynde processen fra årevis til måneder?
Udfordringen er, at lægemidler består af molekyler, som igen består af atomer. Og fordi atomer opfører sig kvantemekanisk, har vi brug for en kvantecomputer til at efterligne atomernes opførsel. En traditionel computer - uanset hvor stor den var - ville aldrig kunne håndtere den enorme mængde information, som opgaven kræver med samme præcision.
I Quantum for Life Centre på Københavns Universitet har et hold af fysikere, dataloger og matematikere dedikeret en årrække af deres karriere til at forstå, hvordan såkaldte kvantesimulatorer, en slags specialiserede kvantecomputere, kan bruges til dén opgave: At simulere og dermed forudsige, hvordan molekyler opfører sig.
Alt er et spørgsmål om størrelse
Men alle forskere inden for udviklingen af kvantecomputere bakser med et helt fundamentalt problem: nemlig størrelsen. De kvantecomputere, som det indtil nu er lykkedes at bygge, er simpelthen for små. Lige nu er de kun i stand til at simulere få atomer, hvilket ikke kan bruges til noget i praksis, da de komplekse molekyler, som bruges i medicin, ofte indeholder millioner af atomer.
Nu er Quantum for Life-teamet imidlertid kommet et afgørende skridt tættere på at løse problemet. De har nemlig fundet en matematisk opskrift til, hvordan man nemmere programmerer kvantesimulatorer og dermed hiver mere regnekraft ud af samme størrelse simulator.
”Kvantesimulatorer består ikke kun af kvantehardware, men også af kvantesoftware - altså opskriften til at bruge kvantesimulatoren. Med de nye resultater tager vi et kæmpe ryk på softwaresiden og præsenterer en meget bedre metode, end vi hidtil har haft, til at opskalere den eksisterende hardware, så den kan løse mere komplekse opgaver,” siger Dylan Harley, førsteforfatter til forskningsartiklen om studiet og ph.d.-studerende på Quantum for Life Centre.
Indtil nu har man haft en forståelse af, at en opskalering af en kvantesimulator krævede, at den skulle bygges på ny fra bunden af. Dette benspænd tackler den nye kvantealgoritme, som er kernen i kvantesoftwaren. Algoritmen indfører en kontrolleret mængde støj blandt de partikler, som skal simuleres, sådan at simulationen ikke gå i stå, men fortsætter som ønsket.
Ideen er af generel karakter og kan bruges til al slags kvantehardware, uanset om den er baseret på atomer, ioner eller endda kunstige atomer såsom superledende qubits.
Kan revolutionere udviklingen af medicin
”Kvanteteknologi anses som nøglen til at skabe ny og bedre medicin i fremtiden. Men uden muligheden for at opskalere kvantesimulatorerne på en effektiv måde er det meget begrænset, hvad man kan bruge dem til. Derfor er det helt centralt at finde ud af, hvordan vores kvantesoftware kan støtte denne opskalering. Og nu har vi en opskrift netop til det,” siger Matthias Christandl, professor i kvanteteori og leder af Quantum for Life-centret.
Lykkes det forskerne at udvikle en effektiv kvantesimulator, er perspektiverne revolutionerende, lyder det fra professoren:
”Hvis vi på en computer kan simulere, hvordan et nyt lægemiddel opfører sig inde i en menneskekrop, inden man laver eksperimenter, kan man fundamentalt ændre måden, man udvikler og tester medicin på og speede hastigheden fra laboratorie til patient kraftigt op.”
Den matematiske opskrift skal som det næste skridt prøves af i praksis på kvantehardware.
-------------------------------------------------------------------------------------------
OM QUANTUM FOR LIFE CENTRE
Quantum for Life Centre på Københavns Universitet forsker i at udvikle kvantealgoritmer til at simulere biomolekyler med det formål at studere komplekse biokemiske processer og bidrage til en hurtigere udvikling af nye lægemidler.
Centret arbejder på at bygge en kvantesimulator, hvilket er en slags computer, der indeholder et kontrolleret system af partikler, som præcist kan efterligne forskellige kvantesystemer såsom molekyler og atomer.
Centret kombinerer forskning i kvantefysik, matematik, kemi og datalogi og er finansieret af Novo Nordisk Fonden.
OM STUDIET
- Forskerne bag studiet er Dylan Harley, Frederik Ravn Klausen, Albert H. Werner og Matthias Christandl fra Quantum for Life Centre, Institut for Matematiske Fag på Københavns Universitet; Ishaun Datta fra Stanford University, USA; Andreas Bluhm fra Univ. Grenoble Alpes, Frankrig samt Daniel Stilck França fra Univ. Lyon, Frankrig.
- Den videnskabelige artikel om studiet er publiceret i tidsskriftet Nature Communications.
Nøgleord
Kontakter
Matthias Christandl
Professor
Quantum for Life Centre – Institut for Matematiske Fag
Københavns Universitet
christandl@math.ku.dk
35 33 22 98 / 51 82 43 25
Dylan Harley
Ph.D.-studerende
Quantum for Life Centre – Institut for Matematiske Fag
Københavns Universitet
dh@math.ku.dk
22 34 54 15
Maria Hornbek
Journalist
Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet
Københavns Universitet
maho@science.ku.dk
22 95 42 83
Billeder
Links
Om Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet
Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet på Københavns Universitet – SCIENCE – er landets største naturvidenskabelige forsknings- og uddannelsesinstitution.
Fakultetets væsentligste opgave er at bidrage til løsning af de store udfordringer, som vi står overfor i en verden under hastig forandring med øget pres på bl.a. naturressourcer og markante klimaforandringer - både nationalt og globalt.
Følg pressemeddelelser fra Københavns Universitet - Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet
Skriv dig op her, og modtag pressemeddelelser på e-mail. Indtast din e-mail, klik på abonner, og følg instruktionerne i den udsendte e-mail.
Flere pressemeddelelser fra Københavns Universitet - Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet
Core samples from Greenland's seabed provide first historical overview of plastic pollution21.3.2025 10:52:58 CET | Press release
By coring the seabed at 850 m water depth in Disko Bay off Greenland's west coast, researchers from the University of Copenhagen have obtained the first historical record of plastic pollution in Greenland. The new data suggest a link to local socio-economic development and represent a step towards developing a common method for analyzing and mapping global microplastic pollution.
Kerneboringer i Grønlands havbund giver for første gang et historisk overblik over plastikforurening19.3.2025 09:41:25 CET | Pressemeddelelse
Ved bore kerneprøver fra havbunden - i Diskobugten ud fra Grønlands vestkyst - har forskere fra Københavns Universitet opnået den første historiske optegnelse af plastforurening i Grønland. De nye data fra 850 meters dybde tyder på en forbindelse til den socioøkonomiske udvikling lokalt, og er et skridt i retningen af fælles metoder til at analysere og kortlægge global mikroplastforurening.
Popular cooking cheese made with peas yields same taste and texture18.3.2025 08:47:00 CET | Press release
A significant amount of the milk used in a popular cooking cheese can be substituted with plants, all while maintaining its taste and texture. Researchers from the University of Copenhagen have demonstrated this by creating a hybrid version of paneer, a popular South Asian cheese, with twenty-five percent pea protein. The result is a solid step towards more sustainable dairy products with nutritional benefits.
Populær madlavningsost – nu med ærter, men med samme gode smag og tekstur18.3.2025 07:16:00 CET | Pressemeddelelse
Man kan godt erstatte en stor del af mælken i ost med planter og stadig bevare den rigtige smag og tekstur. Det har forskere fra Københavns Universitet nu demonstreret ved at lave en hybrid-udgave af den populære ost paneer med 25 procent ærteprotein. Resultatet er et solidt skridt i retning mod mere bæredygtige mejerivarer med ernæringsmæssige bonusser.
Omfattende genetisk kortlægning kan få stor betydning for behandlingen af metaboliske sygdomme i Grønland14.3.2025 11:43:18 CET | Pressemeddelelse
I den mest omfattende genetiske undersøgelse af den grønlandske befolkning lavet til dato har forskere fra Danmark og Grønland undersøgt nye dele af genomet, som aldrig tidligere er blevet undersøgt. Studiet kaster nyt lys over grønlændernes genetiske arv og sundhedstilstand og kan fremover hjælpe med at forbedre diagnosticering og behandlingen af genetiske metaboliske sygdomme.
I vores nyhedsrum kan du læse alle vores pressemeddelelser, tilgå materiale i form af billeder og dokumenter samt finde vores kontaktoplysninger.
Besøg vores nyhedsrum