量子医学的诞生

既然量子计算机有能力帮助我们优化生存环境甚至延续植物生命，那么它们也可能有能力帮助我们治愈病人和垂死之人。量子计算机不仅可以比任何传统数字计算机都更加快速地同时完成数百万种潜在药物疗效的分析，而且可以帮助我们探究一些疾病的源头。

量子计算机可以回答以下类似问题：是什么导致健康细胞突然癌变的，如何阻止癌变的发生？阿尔茨海默病的病因到底是什么？为什么帕金森病和肌萎缩侧索硬化（ALS）无法治愈？人类已经知道了冠状病毒会发生变异，但是这些变异病毒的危险性到底有多大，它们对治疗的反应究竟是怎样的？

在当前人类医学领域中，最伟大的两个发现就是抗生素和疫苗。但新的抗生素主要是通过反复试验的方法发现的，所以并不能确切地了解抗生素在分子水平上是怎样作用的，而疫苗只能通过刺激人体产生一些化学物质来达到攻击入侵病毒的目标。这两种情况精确到分子层面的作用机理对于人类而言仍然是个谜，而量子计算机可能为我们如何有效地开发更好的疫苗和抗生素提供新思路。

当谈到人类对自己身体的探索时，首先要提到的具有重大意义的事件就是人类基因组计划，该计划列出了构成人体的30亿个碱基对和2万个基因。而这仅仅是一个开始。目前的问题是，传统数字计算机主要用于在已知遗传密码的庞大数据库中实现搜索，而一旦涉及准确解释DNA（脱氧核糖核酸）和蛋白质如何在体内创造奇迹时，传统数字计算机就无能为力了。蛋白质是非常复杂的物质，通常由数千个原子组成，当分子作用魔力般地发生时，这些原子实际上正以某种特定且无法解释的方式折叠成一个个小球。回到最基本的层面上，可以说所有生命都是在量子力学范畴内才能观察的，因此这远远超出了传统数字计算机的能力范畴。

量子计算机则能够引领我们步入一个新阶段。届时，我们将在分子水平上破译作用机理，搞清楚这些原子到底是怎样工作的。科学家也因此能够探索出新的遗传途径和新的治疗方法，征服目前人类无法治愈的一些疾病。

例如，一些制药公司，包括ProteinQure（一家生物技术初创公司）、Digital Health 150（全球数字医疗150强）、默克（Merck）和渤健（Biogen）等，已经在设立一些研发中心，探索如何利用量子计算机来完成药物影响的相关分析。

令科学家感到惊讶的是，大自然母亲能够创造出一个庞大的分子作用机理库，让生命这样的奇迹的发生成为可能。但这些数十亿年来一直运行着的作用机理实际上只是偶然性和随机自然选择的副产品。这就是为什么我们仍然患有某些不治之症，并且无法逃脱人体衰老的过程。而一旦我们了解到这些分子作用的机理到底是怎样的，我们就能够通过量子计算机来实现对这些作用机理的改进或者创建出新版本。

例如，通过DNA基因组学，我们可以使用计算机识别BRCA1（乳腺癌1号基因）和BRCA2（乳腺癌2号基因）等可能导致乳腺癌症的基因，但传统数字计算机没有能力准确地确定这些缺陷基因究竟是如何导致癌变发生的。一旦癌变扩散到全身，目前的研究是无能为力的。但是，通过破译我们免疫系统中分子的复杂性，量子计算机或许能够创造出一些有可能对抗这些疾病的新药和新疗法。

另一个例子是阿尔茨海默病。一些人认为随着世界人口的老龄化，阿尔茨海默病将成为“世纪疾病”。传统数字计算机已经帮助人类证明了某些基因的突变，如ApoE4（载脂蛋白E4）基因，与阿尔茨海默病直接相关。但是传统数字计算机却无法进一步解释这些基因究竟发生了怎样的突变而导致人类患上阿尔茨海默病。

一个主要的相关理论是，阿尔茨海默病由朊病毒引起，而朊病毒是一种在大脑中错误折叠的淀粉样蛋白。当“变节”分子撞上另一个蛋白质分子时，也会导致该分子以错误的方式折叠。因此，即使不涉及细菌和病毒，这种疾病也可以通过接触传播。人们怀疑，“变节”的朊病毒可能是阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化和其他一系列针对老年人的不治之症的罪魁祸首。

正因如此，蛋白质折叠问题成为生物学中最大的未知领域之一。甚至可以说，揭开蛋白质折叠问题，就有可能揭开生命的奥秘。但是蛋白质分子折叠方式的精确研究已经超出了任何传统数字计算机的能力范畴，目前只有寄希望于量子计算机来提供新的途径，帮助人类中和“变节”蛋白并提供新的治疗方法。

此外，上文所提到的人工智能与量子计算机的融合，也可能成就未来医学。像AlphaFold（阿尔法折叠）这样的人工智能程序，目前已经能够绘制出令人震惊的35万种不同类型蛋白质的详细原子结构图，包括构成人体的整套蛋白质。那么下一步，便是使用量子计算机的强大算力所助力实现的独特方法，来研究这些蛋白质究竟是如何发挥其魔力的，并利用这些新发现来探索新一代有效药物及疗法。

量子计算机已经可以连接到神经网络，从而有可能创造下一代可以自我改造的学习机器。放在你桌子上的笔记本电脑永远不会通过学习而实现自我改造，所以它并不会变得更强大。直到最近，随着深度学习技术有了新进展，计算机才迈出自动识别错误和学习的第一步。而量子计算机则可以成倍地加速这一学习过程，并对医学和生物学产生不可估量的影响。

谷歌首席执行官孙达尔·皮柴将量子计算机的到来与莱特兄弟1903年那次具有历史意义的飞行相提并论。莱特兄弟的试飞本身并没有那么令人惊讶，因为飞行其实只持续了短短12秒。但这次短途飞行是引发现代航空业的导火索，而现代航空业的发展又反过来加速了人类文明的进程。

上述这些都关系到人类的未来。谁有能力制造和使用量子计算机，谁就有更大的赢面去争夺人类未来的胜利。但是，要想真正了解这场革命可能对人类日常生活产生的影响，就需要先回顾过去为了实现使用计算机模拟和了解周围世界的梦想所做的一些勇敢的尝试。

而所有这一切，都要从在地中海底部被发现的已有2 000年历史的神秘遗迹开始。

[1] Gordon Lichfield, “Inside the Race to Build the Best Quantum Computer on Earth,” MIT Technology Review,February 26, 2020, 1–23.

[2] 该机构全称为“中国科学院量子信息与量子科技创新研究院”，简称“量子创新研究院”。——译者注

[3] Yuval Boger, interview with Dr. Robert Sutor, The Qubit Guy’s Podcast, October 27, 2021; www.classiq.io/insights/podcast-with-dr-robert-sutor.

[4] Matt Swayne, “Zapata Chief Says Quantum Machine Learning Is a When, Not an If,” The Quantum Insider, July 16,2020; www.thequantuminsider.com/2020/07/16/zapata-chief-says quantum-machine-learning-is-a-when-not-an-if/.

[5] Daphne Leprince-Ringuet, “Quantum Computers Are Coming, Get Ready for Them to Change Everything,” ZDNet, November 2, 2020; www.zdnet.com/article/quantum computers-are-coming-get-ready-for-them-to-change-everything/.

[6] Dashveenjit Kaur, “BMW Embraces Quantum Computing to Enhance Supply Chain,”Techwire/Asia, February 1, 2021; www.techwireasia.com/2021/02/bmw-embraces-quantum computing-to-enhance-supply-chain/.

[7] Cade Metz, “Making New Drugs with a Dose of Artificial Intelligence,” The New York Times, February 5, 2019; www.nytimes .com/2019/02/05/technology/artificial-intelligence drug-research-deepmind .html.

[8] Ali El Kaafarani, “Four Ways That Quantum Computers Can Change the World,” Forbes,July 30, 2021; www.forbes.com /sites/forbestechcouncil/2021/07/30/four-ways-quantum-computing-could-change-the-world/?sh=7054e3664602.

[9] “How Quantum Computers Will Transform These 9 Industries,” CB Insights, February 23,2021; www.cbinsights.com /research/quantum-computing-industries-disrupted/.

[10] ENIAC（Electronic Numerical Integrator and Computer，“埃尼阿克”），即电子数字积分计算机，是继ABC（阿塔纳索夫-贝瑞计算机）之后全世界第二台电子计算机和第一台通用计算机。——译者注

[11] Matthew Hutson, “The Future of Computing,” ScienceNews; www.sciencenews.org/century/computer-ai-algorithm-moore-law-ethics.

[12] 锈带（Rust Belt），是指随着工业化发展阶段产生变化，发展地位和财富水平均出现下降的地带，最为典型的是美国北部衰败且萧条的工业区，这个地区过去曾经有很多工业，但时至今日已经既不具备发展地位的重要性，也不具备强大的财富积累能力，甚至许多工厂已经关闭。——译者注

[13] James Dargan, “Neven’s Law: Paradigm Shift in Quantum Computers,” Hackernoon,July 1, 2019; www.hackernoon.com/nevens-law-paradigm-shift-in-quantum-computers e6c429ccd1fc.

[14] Nicole Hemsoth, “With $3.1 Billion Valuation, What’s Ahead for PsiQuantum?,” The Next Platform, July 27, 2021; www.nextplatform.com /2021/07/27/with-3-1b-valuation-whats ahead-for-psiquantum/.