Большинство вирусов смоделировано до квантового уровня
22 век
2100
С приходом квантовых компьютеров на смену суперкомпьютеров наш мир колоссально изменился. Еще в начале 21 века никто и не мог предположить, что компактные вычислительные устройства будут способны в считанные минуты справляться с огромными объемами данных и практически самостоятельно принимать наиболее верные решения в помощь человеку.
Особое значение это имело в сфере медицины и биологии, ведь точное моделирование молекулярных взаимодействий и химических реакций на уровнях крошечных организмов и структур, в среднем имеющих размер 100-300 нанометров и представленных миллионами различных видов, штаммов и комбинаций, открыло новые перспективы для развития биомедицинской отрасли, в частности, при прогнозировании рисков и создании новых лекарств.
Старт новой эры цифровизации произошел во втором десятилетии 21 века, когда Google, являвшиеся на тот момент лидерами рынка и технологий, разработали первый квантовый компьютер. В нем было всего 54 кубита, но и этого хватило, чтобы "утереть нос" АйБиЭмовскому суперкомпьютеру. Революционному устройству хватило 200 секунд, чтобы выполнить расчеты, на которые бы сопернику пришлось потратить 10 000 лет.
Далее появились модели от 1 тысячи кубитов. Прогресс не стоял на месте, и технология постепенно усовершенствовалась. Размеры устройств заметно уменьшались, а производительность росла. Интересно, что разработками на тот момент занимались все ведущие страны - Китай, Россия, США, Япония, а также лучшие инженеры и программисты Западной Европы.
Первые модели были колоссальных размеров, а для избавления от тепловых шумов использовались мощные охладительные установки. Затем для избежания эффекта подавления полезной информации стали применять инновационные на тот момент разработки по криогенике. Физики верили, что в конце концов у них получится достичь мечты - квантовых устройств, имеющих компактный размер и работающих при комнатной температуре. Сегодня мы и не представляем себе, какой путь изысканий прошли инженеры, чтобы мы могли иметь то, что у нас есть.
Прогресс в цифровизации, приведший к ошеломляющим возможностям квантового компьютинга, оказал невероятную помощь не только компаниям, ни и рядовым пользователям разного рода услуг. Медицинские услуги всегда имеют особое значение, так как они ориентированы на особое благо – здоровье человека.
Но в начале 21 века медицина только начала компьютеризироваться - на пациентов заводились электронные карты, начали создаваться единые информационные базы. В одних странах проекты находили свою реализацию, в других - система сбоила, поэтому в больницах и у пациентов на руках были и карты, и выписки, и истории болезни. Безумно неудобно и непрактично.
Затем "ношу" предоставления информации частично переложили на пациентов: в облаках содержалась вся информация о человеке - его операциях, хронических заболеваниях, сделанных прививках и пр. Это, безусловно, улучшило качество здравоохранения в ведущих странах, ведь правильно организованная цифровизация - это прогресс и благо для общества.
Подключение к системе здравоохранения искусственного интеллекта и квантовых компьютеров позволило ускорить процесс нахождения решений при лечении: ИИ подсказывал персоналу методики лечения, подбирал лекарства с учетом противопоказаний и при необходимости корректировал схемы.
Волна глобальных пандемий, локальные вспышки инфекционных заболеваний в странах третьего мира и опасные утечки из лабораторий вирусологов поставили перед ведущими эпидемиологами мира серьезную задачу: найти способы точно спрогнозировать поведение вирусов и обеспечить их частичную нейтрализацию.
Решение было найдено - на помощь снова пришли квантовые компьютеры. Но помогли они несколько неожиданно. На рубеже 20 - 21-го веков перспективной областью физики элементарных частиц стала решетчатая квантовая хромодинамика (КХД). Решетчатая КХД – зто решетчатая калибровочная теория, дискретизированная на сетке или решетке точек в пространстве и времени. Она возникла для решения узких физических задач моделирования динамики кварк-глюонной плазмы в реальном времени, но постепенно феноменальные возможности решетчатой КХД вывели ее за рамки физических лабораторий. Это позволило ученым моделировать разнообразные объекты и процессы в почти идеальных деталях, используя разрешения, основанные на фундаментальных физических законах.
Но тут было одно препятствие: моделирование такого уровня сложности является вычислительно чрезвычайно интенсивным, причем узким местом является даже не производительность компьютера , а пропускная способность доступа к памяти. И здесь пришла на помощь уникальная возможность кубита иметь значения «0» и «1» одновременно, потому что, согласно принципу суперпозиции, вычислительная квантовая частица (электрон или фотон) может быть параллельно в двух местах. Несколько кубитов могут быть в особом запутанном состоянии, что может интерпретироваться как заполненный квантовый регистр. Ведь квантовый, в отличие, от классического регистра битов, может не только находиться во всевозможных комбинациях составляющих его кубитов, но и реализовывать тонкие зависимости между ними. Квантовый компьютер, оказался способен к параллельным вычислениям на уровне своего физического устройства, что в конечном итоге и обеспечило ему в награду великое квантовое превосходство.
К 2010-м годам, например, отдельные массы протонов можно было определить на самом производительном тогда суперкомпьютере c погрешностью, близкой к одному проценту. Но в течение всего 21 века все меньшие и меньшие пикселизации при моделировании применялись ко все большим и большим объемам пространства-времени, поскольку квантовые суперкомпьютеры постепенно прошли уровни эксаскале, зеттаскале, йоттаскале флопс по производительности вычислений и далее. К 2070-м годам стало возможным смоделировать первый полный вирус с абсолютной точностью вплоть до самого маленького известного квантового уровня. Клетки крови, бактерии и другие живые структуры приближались по мере развития этой технологии к реальному макромасштабу.
Сегодня мы можем в считанные минуты создать математическую модель практически любого вируса для дальнейшей разработки методов борьбы при возникновении новой опасности для человечества. Математики, программисты совместно с вирусологами могут легко рассчитать траекторию развития, перемещений и возможных мутаций.
Компьютерное моделирование также помогает найти терапевтические белки в краткие сроки. Это позволяет современным ученым выделить мини-белки, которые затем применяются для инактивации потенциальной атаки. Так человечество научилось "схлопывать" эпидемии опасных заболеваний в самом их начале и с помощью белковых ингибиторов практически победило ряд считавшихся ранее неизлечимыми болезней, таких как рак, рассеянный склероз, болезнь Альцгеймера.
Сегодня мы практически не нуждаемся в помощи врачей - достаточно описать симптомы, а современная система, проведя диагностику и проанализировав данные, сама назначит лечение. В случае необходимости система сама может записать к нужному специалисту для дальнейшего обследования, выписать рецепт и даже выдать необходимые лекарственные препараты прямо на месте. В больницу мы обращаемся только в крайних случаях, что значительно снижает нагрузку на объекты здравоохранения. Так, шаг за шагом высокие технологии и время сделали нашу жизнь гораздо лучше, интереснее и безопаснее.
Высший разум рекомендует
Комментарии (0)