华大携手量旋科技，量子计算破解基因组组装难题

华大携手量旋科技，量子计算破解基因组组装难题

近日，深圳华大生命科学研究院与量旋科技联合开发了一种创新的量子算法，专门用于解决基因组组装中的关键难题。这一突破性研究成果已发表在国际顶级期刊《PRX Life》上，为量子计算在生命科学领域的实际应用开辟了新的道路。

基因组组装是生物信息学中的一个核心挑战，特别是在处理多倍体生物时，其复杂度呈指数级增长。传统计算机在处理大规模基因组数据时往往力不从心，而量子计算的出现为解决这一难题提供了新的可能。

研究团队开发的量子算法主要包含三个关键步骤：

1. 问题转化：将基因组组装问题转化为二次无约束二元优化（QUBO）问题。通过构建德布鲁因图并引入约束条件，将复杂的组装问题转化为适合量子计算的数学模型。

2. 分布式VQE算法：基于变分量子本征求解器（VQE）算法，采用“分而治之”的策略，将大规模QUBO问题分解为多个小规模问题。这种方法显著减少了所需的量子比特数量，从140个降至10个，大大降低了计算资源需求。

3. 启发式量子线路设计：针对基因组装问题的特点，设计了专门的量子线路，以减少搜索空间并提高算法效率。与通用量子线路相比，这种定制化设计将收敛速度提升了约3倍。

这一技术突破具有重要的实际应用价值：

• 提高组装精度：通过同时利用短读长和长读长测序数据的优势，该算法能够在较低成本下实现高质量的基因组组装。

• 加速药物研发：在药物研发领域，精准的基因组信息对于理解药物作用机制、预测药物反应至关重要。量子计算能够更快速地模拟生化反应过程，帮助研究人员在更短时间内找到更有效的药物分子。

• 推动精准医疗：高质量的基因组组装对于识别遗传变异、理解疾病机理具有重要意义。这一技术将为个性化医疗提供更精准的遗传信息支持。

这一研究成果展示了量子计算在生命科学研究中的巨大潜力。随着量子技术的不断发展，我们可以期待在以下几个方面看到更多突破：

• 生物信息处理：量子算法能够更高效地处理大规模生物数据，为基因组学、转录组学等研究提供强大支持。

• 生物系统模拟：量子计算能够以前所未有的精度模拟生物分子和细胞内部的量子行为，推动对生命过程更深入的理解。

• 医疗检测：量子精密测量技术将为生物标志物检测和疾病早期诊断提供更精确的工具。

华大生命科学研究院与量旋科技的这一合作成果，不仅解决了基因组组装中的关键难题，更为量子计算在生命科学领域的广泛应用奠定了重要基础。随着技术的不断进步，量子计算有望为人类健康事业带来更加光明的前景。